OSDN Git Service

mm/oom_kill: remove unneeded is_memcg_oom check
[uclinux-h8/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /*
114  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
115  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
116  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
117  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
118  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
119  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
120  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
121  */
122 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
123
124 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
125 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
126 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
127
128 struct pagesets {
129         local_lock_t lock;
130 };
131 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) __maybe_unused = {
132         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
133 };
134
135 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
136 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
137 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
138 #endif
139
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
141
142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
143 /*
144  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
145  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
146  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
147  * defined in <linux/topology.h>.
148  */
149 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
150 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
151 #endif
152
153 /* work_structs for global per-cpu drains */
154 struct pcpu_drain {
155         struct zone *zone;
156         struct work_struct work;
157 };
158 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
159 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
160
161 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
162 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
163 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
164 #endif
165
166 /*
167  * Array of node states.
168  */
169 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
170         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
171         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
172 #ifndef CONFIG_NUMA
173         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
174 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
175         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif
177         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
178         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
179 #endif  /* NUMA */
180 };
181 EXPORT_SYMBOL(node_states);
182
183 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
184 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
185 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
186 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
187
188 int percpu_pagelist_high_fraction;
189 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
194 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
195
196 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
197                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
198 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
199 {
200
201         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
202 }
203 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
204
205 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
206                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
207 static int __init early_init_on_free(char *buf)
208 {
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
212
213 /*
214  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
215  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
216  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
217  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
218  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
219  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
220  */
221 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
222 {
223         return page->index;
224 }
225
226 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228         page->index = migratetype;
229 }
230
231 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
232 /*
233  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
234  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
235  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
236  * they should always be called with system_transition_mutex held
237  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
238  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
239  * with that modification).
240  */
241
242 static gfp_t saved_gfp_mask;
243
244 void pm_restore_gfp_mask(void)
245 {
246         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
247         if (saved_gfp_mask) {
248                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
249                 saved_gfp_mask = 0;
250         }
251 }
252
253 void pm_restrict_gfp_mask(void)
254 {
255         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
256         WARN_ON(saved_gfp_mask);
257         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
258         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
259 }
260
261 bool pm_suspended_storage(void)
262 {
263         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
264                 return false;
265         return true;
266 }
267 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
268
269 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
270 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
271 #endif
272
273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
274                             fpi_t fpi_flags);
275
276 /*
277  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
278  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
279  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
280  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
281  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
282  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
283  *
284  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
285  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
286  */
287 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
289         [ZONE_DMA] = 256,
290 #endif
291 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
292         [ZONE_DMA32] = 256,
293 #endif
294         [ZONE_NORMAL] = 32,
295 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
296         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
297 #endif
298         [ZONE_MOVABLE] = 0,
299 };
300
301 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
303          "DMA",
304 #endif
305 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
306          "DMA32",
307 #endif
308          "Normal",
309 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
310          "HighMem",
311 #endif
312          "Movable",
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
314          "Device",
315 #endif
316 };
317
318 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
319         "Unmovable",
320         "Movable",
321         "Reclaimable",
322         "HighAtomic",
323 #ifdef CONFIG_CMA
324         "CMA",
325 #endif
326 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
327         "Isolate",
328 #endif
329 };
330
331 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
332         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
333         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
334 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
335         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
336 #endif
337 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
338         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
339 #endif
340 };
341
342 int min_free_kbytes = 1024;
343 int user_min_free_kbytes = -1;
344 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
345 int watermark_scale_factor = 10;
346
347 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
348 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
349 static unsigned long dma_reserve __initdata;
350
351 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
352 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
355 static unsigned long required_movablecore __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
357 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
358 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
359
360 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
361 int movable_zone;
362 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
363
364 #if MAX_NUMNODES > 1
365 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
366 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
367 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
368 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
369 #endif
370
371 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
372
373 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
374 /*
375  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
376  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
377  * and we can permanently disable that path.
378  */
379 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
380
381 /*
382  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
383  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
384  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
385  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
386  *
387  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
388  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
389  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
390  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
391  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
392  * initialization is done, but this is not likely to happen.
393  */
394 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
395 {
396         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
397                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
398                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
399                PageSkipKASanPoison(page);
400 }
401
402 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
403 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
404 {
405         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
406
407         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
408                 return true;
409
410         return false;
411 }
412
413 /*
414  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
415  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
416  */
417 static bool __meminit
418 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
419 {
420         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
421
422         /*
423          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
424          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
425          */
426         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
427                 prev_end_pfn = end_pfn;
428                 nr_initialised = 0;
429         }
430
431         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
432         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
433                 return false;
434
435         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
436                 return true;
437         /*
438          * We start only with one section of pages, more pages are added as
439          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
440          */
441         nr_initialised++;
442         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
443             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
444                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
445                 return true;
446         }
447         return false;
448 }
449 #else
450 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
451 {
452         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
453                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
454                PageSkipKASanPoison(page);
455 }
456
457 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
458 {
459         return false;
460 }
461
462 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         return false;
465 }
466 #endif
467
468 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
469 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
470                                                         unsigned long pfn)
471 {
472 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
473         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
474 #else
475         return page_zone(page)->pageblock_flags;
476 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
477 }
478
479 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
480 {
481 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
482         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
483 #else
484         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
486         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
487 }
488
489 static __always_inline
490 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
491                                         unsigned long pfn,
492                                         unsigned long mask)
493 {
494         unsigned long *bitmap;
495         unsigned long bitidx, word_bitidx;
496         unsigned long word;
497
498         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
499         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
500         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
501         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
502
503         word = bitmap[word_bitidx];
504         return (word >> bitidx) & mask;
505 }
506
507 /**
508  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
509  * @page: The page within the block of interest
510  * @pfn: The target page frame number
511  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
512  *
513  * Return: pageblock_bits flags
514  */
515 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
516                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
517 {
518         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
519 }
520
521 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
522                                         unsigned long pfn)
523 {
524         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
525 }
526
527 /**
528  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
529  * @page: The page within the block of interest
530  * @flags: The flags to set
531  * @pfn: The target page frame number
532  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
533  */
534 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long old_word, word;
541
542         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
543         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
544
545         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
546         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
549
550         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
551
552         mask <<= bitidx;
553         flags <<= bitidx;
554
555         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
556         for (;;) {
557                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
558                 if (word == old_word)
559                         break;
560                 word = old_word;
561         }
562 }
563
564 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
565 {
566         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
567                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
568                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
569
570         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
571                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
575 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
576 {
577         int ret = 0;
578         unsigned seq;
579         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
580         unsigned long sp, start_pfn;
581
582         do {
583                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
584                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
585                 sp = zone->spanned_pages;
586                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
587                         ret = 1;
588         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
589
590         if (ret)
591                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
592                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
593                         start_pfn, start_pfn + sp);
594
595         return ret;
596 }
597
598 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         if (zone != page_zone(page))
601                 return 0;
602
603         return 1;
604 }
605 /*
606  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
607  */
608 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
609 {
610         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
611                 return 1;
612         if (!page_is_consistent(zone, page))
613                 return 1;
614
615         return 0;
616 }
617 #else
618 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         return 0;
621 }
622 #endif
623
624 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
625 {
626         static unsigned long resume;
627         static unsigned long nr_shown;
628         static unsigned long nr_unshown;
629
630         /*
631          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
632          * or allow a steady drip of one report per second.
633          */
634         if (nr_shown == 60) {
635                 if (time_before(jiffies, resume)) {
636                         nr_unshown++;
637                         goto out;
638                 }
639                 if (nr_unshown) {
640                         pr_alert(
641                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
642                                 nr_unshown);
643                         nr_unshown = 0;
644                 }
645                 nr_shown = 0;
646         }
647         if (nr_shown++ == 0)
648                 resume = jiffies + 60 * HZ;
649
650         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
651                 current->comm, page_to_pfn(page));
652         dump_page(page, reason);
653
654         print_modules();
655         dump_stack();
656 out:
657         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
658         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
659         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
660 }
661
662 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
663 {
664         int base = order;
665
666 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
667         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
668                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
669                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
670         }
671 #else
672         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
673 #endif
674
675         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
676 }
677
678 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
679 {
680         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
681
682 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
683         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
684                 order = pageblock_order;
685 #else
686         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
687 #endif
688
689         return order;
690 }
691
692 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
693 {
694         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
695                 return true;
696 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
697         if (order == pageblock_order)
698                 return true;
699 #endif
700         return false;
701 }
702
703 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
706                 free_unref_page(page, order);
707         else
708                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
709 }
710
711 /*
712  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
713  *
714  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
715  *
716  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
717  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
718  *
719  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
720  * page destructors. See compound_page_dtors.
721  *
722  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
723  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
724  */
725
726 void free_compound_page(struct page *page)
727 {
728         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
729         free_the_page(page, compound_order(page));
730 }
731
732 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
735         set_compound_order(page, order);
736         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
737         if (hpage_pincount_available(page))
738                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
739 }
740
741 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
742 {
743         struct page *p = head + tail_idx;
744
745         p->mapping = TAIL_MAPPING;
746         set_compound_head(p, head);
747 }
748
749 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
750 {
751         int i;
752         int nr_pages = 1 << order;
753
754         __SetPageHead(page);
755         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
756                 prep_compound_tail(page, i);
757
758         prep_compound_head(page, order);
759 }
760
761 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
762 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
763
764 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
765                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
766 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
767 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
768 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
769
770 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
771
772 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
773 {
774         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
775 }
776 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
777
778 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
779 {
780         unsigned long res;
781
782         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
783                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
784                 return 0;
785         }
786         _debug_guardpage_minorder = res;
787         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
788         return 0;
789 }
790 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
791
792 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
793                                 unsigned int order, int migratetype)
794 {
795         if (!debug_guardpage_enabled())
796                 return false;
797
798         if (order >= debug_guardpage_minorder())
799                 return false;
800
801         __SetPageGuard(page);
802         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
803         set_page_private(page, order);
804         /* Guard pages are not available for any usage */
805         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
806
807         return true;
808 }
809
810 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
811                                 unsigned int order, int migratetype)
812 {
813         if (!debug_guardpage_enabled())
814                 return;
815
816         __ClearPageGuard(page);
817
818         set_page_private(page, 0);
819         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
820                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
821 }
822 #else
823 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
824                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
825 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
826                                 unsigned int order, int migratetype) {}
827 #endif
828
829 /*
830  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
831  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
832  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
833  * enabled, and then make decisions.
834  */
835 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
836 {
837         bool page_poisoning_requested = false;
838
839 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
840         /*
841          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
842          * either of those options are enabled, enable poisoning.
843          */
844         if (page_poisoning_enabled() ||
845              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
846               debug_pagealloc_enabled())) {
847                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
848                 page_poisoning_requested = true;
849         }
850 #endif
851
852         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
853             page_poisoning_requested) {
854                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
855                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
856                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
857                 _init_on_free_enabled_early = false;
858         }
859
860         if (_init_on_alloc_enabled_early)
861                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
862         else
863                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
864
865         if (_init_on_free_enabled_early)
866                 static_branch_enable(&init_on_free);
867         else
868                 static_branch_disable(&init_on_free);
869
870 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
871         if (!debug_pagealloc_enabled())
872                 return;
873
874         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
875
876         if (!debug_guardpage_minorder())
877                 return;
878
879         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
880 #endif
881 }
882
883 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
884 {
885         set_page_private(page, order);
886         __SetPageBuddy(page);
887 }
888
889 /*
890  * This function checks whether a page is free && is the buddy
891  * we can coalesce a page and its buddy if
892  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
893  * (b) the buddy is in the buddy system &&
894  * (c) a page and its buddy have the same order &&
895  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
896  *
897  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
898  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
899  *
900  * For recording page's order, we use page_private(page).
901  */
902 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
903                                                         unsigned int order)
904 {
905         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
906                 return false;
907
908         if (buddy_order(buddy) != order)
909                 return false;
910
911         /*
912          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
913          * zone/node ids for pages that could never merge.
914          */
915         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
916                 return false;
917
918         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
919
920         return true;
921 }
922
923 #ifdef CONFIG_COMPACTION
924 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
925 {
926         struct capture_control *capc = current->capture_control;
927
928         return unlikely(capc) &&
929                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
930                 !capc->page &&
931                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
932 }
933
934 static inline bool
935 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
936                    int order, int migratetype)
937 {
938         if (!capc || order != capc->cc->order)
939                 return false;
940
941         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
942         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
943             is_migrate_isolate(migratetype))
944                 return false;
945
946         /*
947          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
948          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
949          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
950          * have trouble finding a high-order free page.
951          */
952         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
953                 return false;
954
955         capc->page = page;
956         return true;
957 }
958
959 #else
960 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
961 {
962         return NULL;
963 }
964
965 static inline bool
966 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
967                    int order, int migratetype)
968 {
969         return false;
970 }
971 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
972
973 /* Used for pages not on another list */
974 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
975                                     unsigned int order, int migratetype)
976 {
977         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
978
979         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
980         area->nr_free++;
981 }
982
983 /* Used for pages not on another list */
984 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
985                                          unsigned int order, int migratetype)
986 {
987         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
988
989         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
990         area->nr_free++;
991 }
992
993 /*
994  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
995  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
996  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
997  */
998 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
999                                      unsigned int order, int migratetype)
1000 {
1001         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1002
1003         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1004 }
1005
1006 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1007                                            unsigned int order)
1008 {
1009         /* clear reported state and update reported page count */
1010         if (page_reported(page))
1011                 __ClearPageReported(page);
1012
1013         list_del(&page->lru);
1014         __ClearPageBuddy(page);
1015         set_page_private(page, 0);
1016         zone->free_area[order].nr_free--;
1017 }
1018
1019 /*
1020  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1021  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1022  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1023  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1024  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1025  * as a higher order page
1026  */
1027 static inline bool
1028 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1029                    struct page *page, unsigned int order)
1030 {
1031         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1032         unsigned long combined_pfn;
1033
1034         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1035                 return false;
1036
1037         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1038         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1039         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1040         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1041
1042         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * Freeing function for a buddy system allocator.
1047  *
1048  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1049  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1050  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1051  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1052  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1053  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1054  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1055  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1056  * parts of the VM system.
1057  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1058  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1059  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1060  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1061  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1062  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1063  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1064  * triggers coalescing into a block of larger size.
1065  *
1066  * -- nyc
1067  */
1068
1069 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1070                 unsigned long pfn,
1071                 struct zone *zone, unsigned int order,
1072                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1073 {
1074         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1075         unsigned int max_order = pageblock_order;
1076         unsigned long buddy_pfn;
1077         unsigned long combined_pfn;
1078         struct page *buddy;
1079         bool to_tail;
1080
1081         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1082         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1083
1084         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1085         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1086                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1087
1088         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1089         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1090
1091 continue_merging:
1092         while (order < max_order) {
1093                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1094                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1095                                                                 migratetype);
1096                         return;
1097                 }
1098                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1099                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1100
1101                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1102                         goto done_merging;
1103                 /*
1104                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1105                  * merge with it and move up one order.
1106                  */
1107                 if (page_is_guard(buddy))
1108                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1109                 else
1110                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1111                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1112                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1113                 pfn = combined_pfn;
1114                 order++;
1115         }
1116         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1117                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1118                  * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1119                  * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1120                  * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1121                  * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1122                  *
1123                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1124                  * low-order merging.
1125                  */
1126                 int buddy_mt;
1127
1128                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1129                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1130                 buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1131
1132                 if (migratetype != buddy_mt
1133                                 && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1134                                         !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1135                         goto done_merging;
1136                 max_order = order + 1;
1137                 goto continue_merging;
1138         }
1139
1140 done_merging:
1141         set_buddy_order(page, order);
1142
1143         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1144                 to_tail = true;
1145         else if (is_shuffle_order(order))
1146                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1147         else
1148                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1149
1150         if (to_tail)
1151                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1152         else
1153                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1154
1155         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1156         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1157                 page_reporting_notify_free(order);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1162  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1163  * check if necessary.
1164  */
1165 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1166                                         unsigned long check_flags)
1167 {
1168         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1169                 return false;
1170
1171         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1172                         page_ref_count(page) |
1173 #ifdef CONFIG_MEMCG
1174                         page->memcg_data |
1175 #endif
1176                         (page->flags & check_flags)))
1177                 return false;
1178
1179         return true;
1180 }
1181
1182 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1183 {
1184         const char *bad_reason = NULL;
1185
1186         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1187                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1188         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1189                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1190         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1191                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1192         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1193                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1194                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1195                 else
1196                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1197         }
1198 #ifdef CONFIG_MEMCG
1199         if (unlikely(page->memcg_data))
1200                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1201 #endif
1202         return bad_reason;
1203 }
1204
1205 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1206 {
1207         bad_page(page,
1208                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1209 }
1210
1211 static inline int check_free_page(struct page *page)
1212 {
1213         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1214                 return 0;
1215
1216         /* Something has gone sideways, find it */
1217         check_free_page_bad(page);
1218         return 1;
1219 }
1220
1221 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1222 {
1223         int ret = 1;
1224
1225         /*
1226          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1227          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1228          */
1229         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1230
1231         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1232                 ret = 0;
1233                 goto out;
1234         }
1235         switch (page - head_page) {
1236         case 1:
1237                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1238                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1239                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1240                         goto out;
1241                 }
1242                 break;
1243         case 2:
1244                 /*
1245                  * the second tail page: ->mapping is
1246                  * deferred_list.next -- ignore value.
1247                  */
1248                 break;
1249         default:
1250                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1251                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1252                         goto out;
1253                 }
1254                 break;
1255         }
1256         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1257                 bad_page(page, "PageTail not set");
1258                 goto out;
1259         }
1260         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1261                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1262                 goto out;
1263         }
1264         ret = 0;
1265 out:
1266         page->mapping = NULL;
1267         clear_compound_head(page);
1268         return ret;
1269 }
1270
1271 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1272 {
1273         int i;
1274
1275         if (zero_tags) {
1276                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1277                         tag_clear_highpage(page + i);
1278                 return;
1279         }
1280
1281         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1282         kasan_disable_current();
1283         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1284                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1285                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1286                 clear_highpage(page + i);
1287                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1288         }
1289         kasan_enable_current();
1290 }
1291
1292 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1293                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1294 {
1295         int bad = 0;
1296         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1297
1298         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1299
1300         trace_mm_page_free(page, order);
1301
1302         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1303                 /*
1304                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1305                  * Untie memcg state and reset page's owner
1306                  */
1307                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1308                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1309                 reset_page_owner(page, order);
1310                 page_table_check_free(page, order);
1311                 return false;
1312         }
1313
1314         /*
1315          * Check tail pages before head page information is cleared to
1316          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1317          */
1318         if (unlikely(order)) {
1319                 bool compound = PageCompound(page);
1320                 int i;
1321
1322                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1323
1324                 if (compound) {
1325                         ClearPageDoubleMap(page);
1326                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1327                 }
1328                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1329                         if (compound)
1330                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1331                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1332                                 bad++;
1333                                 continue;
1334                         }
1335                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1336                 }
1337         }
1338         if (PageMappingFlags(page))
1339                 page->mapping = NULL;
1340         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1341                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1342         if (check_free)
1343                 bad += check_free_page(page);
1344         if (bad)
1345                 return false;
1346
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1349         reset_page_owner(page, order);
1350         page_table_check_free(page, order);
1351
1352         if (!PageHighMem(page)) {
1353                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1354                                            PAGE_SIZE << order);
1355                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1356                                            PAGE_SIZE << order);
1357         }
1358
1359         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1360
1361         /*
1362          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1363          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1364          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1365          *
1366          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1367          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1368          */
1369         if (kasan_has_integrated_init()) {
1370                 if (!skip_kasan_poison)
1371                         kasan_free_pages(page, order);
1372         } else {
1373                 bool init = want_init_on_free();
1374
1375                 if (init)
1376                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1377                 if (!skip_kasan_poison)
1378                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1379         }
1380
1381         /*
1382          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1383          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1384          * happen after this.
1385          */
1386         arch_free_page(page, order);
1387
1388         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1389
1390         return true;
1391 }
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1394 /*
1395  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1396  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1397  * moved from pcp lists to free lists.
1398  */
1399 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1400 {
1401         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1402 }
1403
1404 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1405 {
1406         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1407                 return check_free_page(page);
1408         else
1409                 return false;
1410 }
1411 #else
1412 /*
1413  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1414  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1415  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1416  * to the pcp lists.
1417  */
1418 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1419 {
1420         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1421                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1422         else
1423                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1424 }
1425
1426 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1427 {
1428         return check_free_page(page);
1429 }
1430 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1431
1432 /*
1433  * Frees a number of pages from the PCP lists
1434  * Assumes all pages on list are in same zone.
1435  * count is the number of pages to free.
1436  */
1437 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1438                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1439                                         int pindex)
1440 {
1441         int min_pindex = 0;
1442         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1443         unsigned int order;
1444         bool isolated_pageblocks;
1445         struct page *page;
1446
1447         /*
1448          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1449          * below while (list_empty(list)) loop.
1450          */
1451         count = min(pcp->count, count);
1452
1453         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1454         pindex = pindex - 1;
1455
1456         /*
1457          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1458          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1459          */
1460         spin_lock(&zone->lock);
1461         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1462
1463         while (count > 0) {
1464                 struct list_head *list;
1465                 int nr_pages;
1466
1467                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1468                 do {
1469                         if (++pindex > max_pindex)
1470                                 pindex = min_pindex;
1471                         list = &pcp->lists[pindex];
1472                         if (!list_empty(list))
1473                                 break;
1474
1475                         if (pindex == max_pindex)
1476                                 max_pindex--;
1477                         if (pindex == min_pindex)
1478                                 min_pindex++;
1479                 } while (1);
1480
1481                 order = pindex_to_order(pindex);
1482                 nr_pages = 1 << order;
1483                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1484                 do {
1485                         int mt;
1486
1487                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1488                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1489
1490                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1491                         list_del(&page->lru);
1492                         count -= nr_pages;
1493                         pcp->count -= nr_pages;
1494
1495                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1496                                 continue;
1497
1498                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1499                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1500                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1501                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1502                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1503
1504                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1505                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1506                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1507         }
1508
1509         spin_unlock(&zone->lock);
1510 }
1511
1512 static void free_one_page(struct zone *zone,
1513                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1514                                 unsigned int order,
1515                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1516 {
1517         unsigned long flags;
1518
1519         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1520         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1521                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1522                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1523         }
1524         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1525         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1526 }
1527
1528 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1529                                 unsigned long zone, int nid)
1530 {
1531         mm_zero_struct_page(page);
1532         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1533         init_page_count(page);
1534         page_mapcount_reset(page);
1535         page_cpupid_reset_last(page);
1536         page_kasan_tag_reset(page);
1537
1538         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1539 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1540         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1541         if (!is_highmem_idx(zone))
1542                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1543 #endif
1544 }
1545
1546 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1547 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1548 {
1549         pg_data_t *pgdat;
1550         int nid, zid;
1551
1552         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1553                 return;
1554
1555         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1556         pgdat = NODE_DATA(nid);
1557
1558         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1559                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1560
1561                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1562                         break;
1563         }
1564         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1565 }
1566 #else
1567 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1568 {
1569 }
1570 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1571
1572 /*
1573  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1574  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1575  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1576  * sent to the buddy page allocator.
1577  */
1578 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1579 {
1580         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1581         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1582
1583         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1584                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1585                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1586
1587                         init_reserved_page(start_pfn);
1588
1589                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1590                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1591
1592                         /*
1593                          * no need for atomic set_bit because the struct
1594                          * page is not visible yet so nobody should
1595                          * access it yet.
1596                          */
1597                         __SetPageReserved(page);
1598                 }
1599         }
1600 }
1601
1602 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1603                             fpi_t fpi_flags)
1604 {
1605         unsigned long flags;
1606         int migratetype;
1607         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1608         struct zone *zone = page_zone(page);
1609
1610         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1611                 return;
1612
1613         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1614
1615         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1616         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1617                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1618                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1619         }
1620         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1621         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1622
1623         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1624 }
1625
1626 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1627 {
1628         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1629         struct page *p = page;
1630         unsigned int loop;
1631
1632         /*
1633          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1634          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1635          * refcount of all involved pages to 0.
1636          */
1637         prefetchw(p);
1638         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1639                 prefetchw(p + 1);
1640                 __ClearPageReserved(p);
1641                 set_page_count(p, 0);
1642         }
1643         __ClearPageReserved(p);
1644         set_page_count(p, 0);
1645
1646         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1647
1648         /*
1649          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1650          * relevant for memory onlining.
1651          */
1652         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1653 }
1654
1655 #ifdef CONFIG_NUMA
1656
1657 /*
1658  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1659  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1660  * treats start/end as pfns.
1661  */
1662 struct mminit_pfnnid_cache {
1663         unsigned long last_start;
1664         unsigned long last_end;
1665         int last_nid;
1666 };
1667
1668 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1669
1670 /*
1671  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1672  */
1673 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1674                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1675 {
1676         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1677         int nid;
1678
1679         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1680                 return state->last_nid;
1681
1682         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1683         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1684                 state->last_start = start_pfn;
1685                 state->last_end = end_pfn;
1686                 state->last_nid = nid;
1687         }
1688
1689         return nid;
1690 }
1691
1692 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1693 {
1694         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1695         int nid;
1696
1697         spin_lock(&early_pfn_lock);
1698         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1699         if (nid < 0)
1700                 nid = first_online_node;
1701         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1702
1703         return nid;
1704 }
1705 #endif /* CONFIG_NUMA */
1706
1707 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1708                                                         unsigned int order)
1709 {
1710         if (early_page_uninitialised(pfn))
1711                 return;
1712         __free_pages_core(page, order);
1713 }
1714
1715 /*
1716  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1717  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1718  * with the migration of free compaction scanner.
1719  *
1720  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1721  *
1722  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1723  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1724  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1725  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1726  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1727  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1728  * page in a pageblock.
1729  */
1730 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1731                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1732 {
1733         struct page *start_page;
1734         struct page *end_page;
1735
1736         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1737         end_pfn--;
1738
1739         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1740                 return NULL;
1741
1742         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1743         if (!start_page)
1744                 return NULL;
1745
1746         if (page_zone(start_page) != zone)
1747                 return NULL;
1748
1749         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1750
1751         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1752         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1753                 return NULL;
1754
1755         return start_page;
1756 }
1757
1758 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1759 {
1760         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1761         unsigned long block_end_pfn;
1762
1763         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1764         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1765                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1766                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1767
1768                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1769
1770                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1771                                              block_end_pfn, zone))
1772                         return;
1773                 cond_resched();
1774         }
1775
1776         /* We confirm that there is no hole */
1777         zone->contiguous = true;
1778 }
1779
1780 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1781 {
1782         zone->contiguous = false;
1783 }
1784
1785 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1786 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1787                                        unsigned long nr_pages)
1788 {
1789         struct page *page;
1790         unsigned long i;
1791
1792         if (!nr_pages)
1793                 return;
1794
1795         page = pfn_to_page(pfn);
1796
1797         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1798         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1799             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1800                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1801                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1802                 return;
1803         }
1804
1805         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1806                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1807                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1808                 __free_pages_core(page, 0);
1809         }
1810 }
1811
1812 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1813 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1814 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1815
1816 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1817 {
1818         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1819                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1824  *
1825  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1826  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1827  * function is optimized out.
1828  *
1829  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1830  * of the head pfn.
1831  */
1832 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1833 {
1834         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1835                 return false;
1836         return true;
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1841  * pageblock_nr_pages sizes.
1842  */
1843 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1844                                        unsigned long end_pfn)
1845 {
1846         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1847         unsigned long nr_free = 0;
1848
1849         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1850                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1851                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1852                         nr_free = 0;
1853                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1854                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1855                         nr_free = 1;
1856                 } else {
1857                         nr_free++;
1858                 }
1859         }
1860         /* Free the last block of pages to allocator */
1861         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1866  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1867  * Return number of pages initialized.
1868  */
1869 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1870                                                  unsigned long pfn,
1871                                                  unsigned long end_pfn)
1872 {
1873         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1874         int nid = zone_to_nid(zone);
1875         unsigned long nr_pages = 0;
1876         int zid = zone_idx(zone);
1877         struct page *page = NULL;
1878
1879         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1880                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1881                         page = NULL;
1882                         continue;
1883                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1884                         page = pfn_to_page(pfn);
1885                 } else {
1886                         page++;
1887                 }
1888                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1889                 nr_pages++;
1890         }
1891         return (nr_pages);
1892 }
1893
1894 /*
1895  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1896  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1897  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1898  * return false indicating there are no valid ranges left.
1899  */
1900 static bool __init
1901 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1902                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1903                                     unsigned long first_init_pfn)
1904 {
1905         u64 j;
1906
1907         /*
1908          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1909          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1910          * so we just need to flush them out of the system.
1911          */
1912         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1913                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1914                         continue;
1915                 if (*spfn < first_init_pfn)
1916                         *spfn = first_init_pfn;
1917                 *i = j;
1918                 return true;
1919         }
1920
1921         return false;
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1926  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1927  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1928  * page in __free_one_page()).
1929  *
1930  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1931  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1932  * any issues with the buddy page computation.
1933  */
1934 static unsigned long __init
1935 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1936                        unsigned long *end_pfn)
1937 {
1938         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1939         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1940         unsigned long nr_pages = 0;
1941         u64 j = *i;
1942
1943         /* First we loop through and initialize the page values */
1944         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1945                 unsigned long t;
1946
1947                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1948                         break;
1949
1950                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1951                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1952
1953                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1954                         *start_pfn = mo_pfn;
1955                         break;
1956                 }
1957         }
1958
1959         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1960         swap(j, *i);
1961
1962         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1963                 unsigned long t;
1964
1965                 if (mo_pfn <= spfn)
1966                         break;
1967
1968                 t = min(mo_pfn, epfn);
1969                 deferred_free_pages(spfn, t);
1970
1971                 if (mo_pfn <= epfn)
1972                         break;
1973         }
1974
1975         return nr_pages;
1976 }
1977
1978 static void __init
1979 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1980                            void *arg)
1981 {
1982         unsigned long spfn, epfn;
1983         struct zone *zone = arg;
1984         u64 i;
1985
1986         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
1987
1988         /*
1989          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
1990          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
1991          */
1992         while (spfn < end_pfn) {
1993                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1994                 cond_resched();
1995         }
1996 }
1997
1998 /* An arch may override for more concurrency. */
1999 __weak int __init
2000 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2001 {
2002         return 1;
2003 }
2004
2005 /* Initialise remaining memory on a node */
2006 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2007 {
2008         pg_data_t *pgdat = data;
2009         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2010         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2011         unsigned long first_init_pfn, flags;
2012         unsigned long start = jiffies;
2013         struct zone *zone;
2014         int zid, max_threads;
2015         u64 i;
2016
2017         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2018         if (!cpumask_empty(cpumask))
2019                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2020
2021         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2022         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2023         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2024                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2025                 pgdat_init_report_one_done();
2026                 return 0;
2027         }
2028
2029         /* Sanity check boundaries */
2030         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2031         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2032         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2033
2034         /*
2035          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2036          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2037          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2038          */
2039         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2040
2041         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2042         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2043                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2044                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2045                         break;
2046         }
2047
2048         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2049         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2050                                                  first_init_pfn))
2051                 goto zone_empty;
2052
2053         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2054
2055         while (spfn < epfn) {
2056                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2057                 struct padata_mt_job job = {
2058                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2059                         .fn_arg      = zone,
2060                         .start       = spfn,
2061                         .size        = epfn_align - spfn,
2062                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2063                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2064                         .max_threads = max_threads,
2065                 };
2066
2067                 padata_do_multithreaded(&job);
2068                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2069                                                     epfn_align);
2070         }
2071 zone_empty:
2072         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2073         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2074
2075         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2076                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2077
2078         pgdat_init_report_one_done();
2079         return 0;
2080 }
2081
2082 /*
2083  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2084  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2085  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2086  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2087  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2088  *
2089  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2090  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2091  * enough pages to satisfy the allocation.
2092  *
2093  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2094  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2095  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2096  */
2097 static noinline bool __init
2098 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2099 {
2100         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2101         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2102         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2103         unsigned long spfn, epfn, flags;
2104         unsigned long nr_pages = 0;
2105         u64 i;
2106
2107         /* Only the last zone may have deferred pages */
2108         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2109                 return false;
2110
2111         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2112
2113         /*
2114          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2115          * true, as there might be enough pages already.
2116          */
2117         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2118                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2119                 return true;
2120         }
2121
2122         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2123         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2124                                                  first_deferred_pfn)) {
2125                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2126                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2127                 /* Retry only once. */
2128                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2129         }
2130
2131         /*
2132          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2133          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2134          * allocator.
2135          */
2136         while (spfn < epfn) {
2137                 /* update our first deferred PFN for this section */
2138                 first_deferred_pfn = spfn;
2139
2140                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2141                 touch_nmi_watchdog();
2142
2143                 /* We should only stop along section boundaries */
2144                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2145                         continue;
2146
2147                 /* If our quota has been met we can stop here */
2148                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2149                         break;
2150         }
2151
2152         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2153         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2154
2155         return nr_pages > 0;
2156 }
2157
2158 /*
2159  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2160  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2161  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2162  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2163  */
2164 static bool __ref
2165 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2166 {
2167         return deferred_grow_zone(zone, order);
2168 }
2169
2170 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2171
2172 void __init page_alloc_init_late(void)
2173 {
2174         struct zone *zone;
2175         int nid;
2176
2177 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2178
2179         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2180         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2181         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2182                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2183         }
2184
2185         /* Block until all are initialised */
2186         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2187
2188         /*
2189          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2190          * on-demand struct page initialization.
2191          */
2192         static_branch_disable(&deferred_pages);
2193
2194         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2195         files_maxfiles_init();
2196 #endif
2197
2198         buffer_init();
2199
2200         /* Discard memblock private memory */
2201         memblock_discard();
2202
2203         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2204                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2205
2206         for_each_populated_zone(zone)
2207                 set_zone_contiguous(zone);
2208 }
2209
2210 #ifdef CONFIG_CMA
2211 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2212 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2213 {
2214         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2215         struct page *p = page;
2216
2217         do {
2218                 __ClearPageReserved(p);
2219                 set_page_count(p, 0);
2220         } while (++p, --i);
2221
2222         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2223         set_page_refcounted(page);
2224         __free_pages(page, pageblock_order);
2225
2226         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2227         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2228 }
2229 #endif
2230
2231 /*
2232  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2233  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2234  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2235  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2236  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2237  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2238  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2239  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2240  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2241  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2242  *
2243  * -- nyc
2244  */
2245 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2246         int low, int high, int migratetype)
2247 {
2248         unsigned long size = 1 << high;
2249
2250         while (high > low) {
2251                 high--;
2252                 size >>= 1;
2253                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2254
2255                 /*
2256                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2257                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2258                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2259                  * pages will stay not present in virtual address space
2260                  */
2261                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2262                         continue;
2263
2264                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2265                 set_buddy_order(&page[size], high);
2266         }
2267 }
2268
2269 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2270 {
2271         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2272                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2273                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2274                 return;
2275         }
2276
2277         bad_page(page,
2278                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2279 }
2280
2281 /*
2282  * This page is about to be returned from the page allocator
2283  */
2284 static inline int check_new_page(struct page *page)
2285 {
2286         if (likely(page_expected_state(page,
2287                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2288                 return 0;
2289
2290         check_new_page_bad(page);
2291         return 1;
2292 }
2293
2294 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2295 {
2296         int i;
2297         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2298                 struct page *p = page + i;
2299
2300                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2301                         return true;
2302         }
2303
2304         return false;
2305 }
2306
2307 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2308 /*
2309  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2310  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2311  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2312  */
2313 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2314 {
2315         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2316                 return check_new_pages(page, order);
2317         else
2318                 return false;
2319 }
2320
2321 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2322 {
2323         return check_new_pages(page, order);
2324 }
2325 #else
2326 /*
2327  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2328  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2329  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2330  */
2331 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2332 {
2333         return check_new_pages(page, order);
2334 }
2335 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2336 {
2337         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2338                 return check_new_pages(page, order);
2339         else
2340                 return false;
2341 }
2342 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2343
2344 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2345                                 gfp_t gfp_flags)
2346 {
2347         set_page_private(page, 0);
2348         set_page_refcounted(page);
2349
2350         arch_alloc_page(page, order);
2351         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2352
2353         /*
2354          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2355          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2356          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2357          */
2358         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2359
2360         /*
2361          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2362          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2363          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2364          */
2365         if (kasan_has_integrated_init()) {
2366                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2367         } else {
2368                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2369
2370                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2371                 if (init)
2372                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2373                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2374         }
2375
2376         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2377         page_table_check_alloc(page, order);
2378 }
2379
2380 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2381                                                         unsigned int alloc_flags)
2382 {
2383         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2384
2385         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2386                 prep_compound_page(page, order);
2387
2388         /*
2389          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2390          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2391          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2392          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2393          */
2394         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2395                 set_page_pfmemalloc(page);
2396         else
2397                 clear_page_pfmemalloc(page);
2398 }
2399
2400 /*
2401  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2402  * the smallest available page from the freelists
2403  */
2404 static __always_inline
2405 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2406                                                 int migratetype)
2407 {
2408         unsigned int current_order;
2409         struct free_area *area;
2410         struct page *page;
2411
2412         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2413         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2414                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2415                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2416                 if (!page)
2417                         continue;
2418                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2419                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2420                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2421                 return page;
2422         }
2423
2424         return NULL;
2425 }
2426
2427
2428 /*
2429  * This array describes the order lists are fallen back to when
2430  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2431  *
2432  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2433  */
2434 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2435         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2436         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2437         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2438 };
2439
2440 #ifdef CONFIG_CMA
2441 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2442                                         unsigned int order)
2443 {
2444         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2445 }
2446 #else
2447 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2448                                         unsigned int order) { return NULL; }
2449 #endif
2450
2451 /*
2452  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2453  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2454  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2455  */
2456 static int move_freepages(struct zone *zone,
2457                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2458                           int migratetype, int *num_movable)
2459 {
2460         struct page *page;
2461         unsigned long pfn;
2462         unsigned int order;
2463         int pages_moved = 0;
2464
2465         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2466                 page = pfn_to_page(pfn);
2467                 if (!PageBuddy(page)) {
2468                         /*
2469                          * We assume that pages that could be isolated for
2470                          * migration are movable. But we don't actually try
2471                          * isolating, as that would be expensive.
2472                          */
2473                         if (num_movable &&
2474                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2475                                 (*num_movable)++;
2476                         pfn++;
2477                         continue;
2478                 }
2479
2480                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2481                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2482                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2483
2484                 order = buddy_order(page);
2485                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2486                 pfn += 1 << order;
2487                 pages_moved += 1 << order;
2488         }
2489
2490         return pages_moved;
2491 }
2492
2493 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2494                                 int migratetype, int *num_movable)
2495 {
2496         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2497
2498         if (num_movable)
2499                 *num_movable = 0;
2500
2501         pfn = page_to_pfn(page);
2502         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2503         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2504
2505         /* Do not cross zone boundaries */
2506         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2507                 start_pfn = pfn;
2508         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2509                 return 0;
2510
2511         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2512                                                                 num_movable);
2513 }
2514
2515 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2516                                         int start_order, int migratetype)
2517 {
2518         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2519
2520         while (nr_pageblocks--) {
2521                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2522                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2523         }
2524 }
2525
2526 /*
2527  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2528  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2529  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2530  *
2531  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2532  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2533  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2534  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2535  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2536  * pageblocks.
2537  */
2538 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2539 {
2540         /*
2541          * Leaving this order check is intended, although there is
2542          * relaxed order check in next check. The reason is that
2543          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2544          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2545          * so could be changed anytime.
2546          */
2547         if (order >= pageblock_order)
2548                 return true;
2549
2550         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2551                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2552                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2553                 page_group_by_mobility_disabled)
2554                 return true;
2555
2556         return false;
2557 }
2558
2559 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2560 {
2561         unsigned long max_boost;
2562
2563         if (!watermark_boost_factor)
2564                 return false;
2565         /*
2566          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2567          * On small machines, including kdump capture kernels running
2568          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2569          * memory situation immediately.
2570          */
2571         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2572                 return false;
2573
2574         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2575                         watermark_boost_factor, 10000);
2576
2577         /*
2578          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2579          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2580          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2581          * allocations that early means that reclaim is not going
2582          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2583          * boosted watermark resulting in a hang.
2584          */
2585         if (!max_boost)
2586                 return false;
2587
2588         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2589
2590         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2591                 max_boost);
2592
2593         return true;
2594 }
2595
2596 /*
2597  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2598  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2599  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2600  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2601  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2602  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2603  */
2604 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2605                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2606 {
2607         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2608         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2609         int old_block_type;
2610
2611         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2612
2613         /*
2614          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2615          * highatomic accounting.
2616          */
2617         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2618                 goto single_page;
2619
2620         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2621         if (current_order >= pageblock_order) {
2622                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2623                 goto single_page;
2624         }
2625
2626         /*
2627          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2628          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2629          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2630          */
2631         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2632                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2633
2634         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2635         if (!whole_block)
2636                 goto single_page;
2637
2638         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2639                                                 &movable_pages);
2640         /*
2641          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2642          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2643          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2644          */
2645         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2646                 alike_pages = movable_pages;
2647         } else {
2648                 /*
2649                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2650                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2651                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2652                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2653                  * exact migratetype of non-movable pages.
2654                  */
2655                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2656                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2657                                                 - (free_pages + movable_pages);
2658                 else
2659                         alike_pages = 0;
2660         }
2661
2662         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2663         if (!free_pages)
2664                 goto single_page;
2665
2666         /*
2667          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2668          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2669          */
2670         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2671                         page_group_by_mobility_disabled)
2672                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2673
2674         return;
2675
2676 single_page:
2677         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2678 }
2679
2680 /*
2681  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2682  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2683  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2684  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2685  */
2686 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2687                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2688 {
2689         int i;
2690         int fallback_mt;
2691
2692         if (area->nr_free == 0)
2693                 return -1;
2694
2695         *can_steal = false;
2696         for (i = 0;; i++) {
2697                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2698                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2699                         break;
2700
2701                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2702                         continue;
2703
2704                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2705                         *can_steal = true;
2706
2707                 if (!only_stealable)
2708                         return fallback_mt;
2709
2710                 if (*can_steal)
2711                         return fallback_mt;
2712         }
2713
2714         return -1;
2715 }
2716
2717 /*
2718  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2719  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2720  */
2721 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2722                                 unsigned int alloc_order)
2723 {
2724         int mt;
2725         unsigned long max_managed, flags;
2726
2727         /*
2728          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2729          * Check is race-prone but harmless.
2730          */
2731         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2732         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2733                 return;
2734
2735         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2736
2737         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2738         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2739                 goto out_unlock;
2740
2741         /* Yoink! */
2742         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2743         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2744         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2745                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2746                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2747                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2748         }
2749
2750 out_unlock:
2751         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2752 }
2753
2754 /*
2755  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2756  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2757  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2758  * to recover from than an OOM.
2759  *
2760  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2761  * pageblock is exhausted.
2762  */
2763 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2764                                                 bool force)
2765 {
2766         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2767         unsigned long flags;
2768         struct zoneref *z;
2769         struct zone *zone;
2770         struct page *page;
2771         int order;
2772         bool ret;
2773
2774         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2775                                                                 ac->nodemask) {
2776                 /*
2777                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2778                  * is really high.
2779                  */
2780                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2781                                         pageblock_nr_pages)
2782                         continue;
2783
2784                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2785                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2786                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2787
2788                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2789                         if (!page)
2790                                 continue;
2791
2792                         /*
2793                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2794                          * we can counter several free pages in a pageblock
2795                          * in this loop although we changed the pageblock type
2796                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2797                          * adjust the count once.
2798                          */
2799                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2800                                 /*
2801                                  * It should never happen but changes to
2802                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2803                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2804                                  * while unreserving so be safe and watch for
2805                                  * underflows.
2806                                  */
2807                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2808                                                 pageblock_nr_pages,
2809                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2810                         }
2811
2812                         /*
2813                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2814                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2815                          * is doing the work and needs the pages. More
2816                          * importantly, if the block was always converted to
2817                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2818                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2819                          * may increase.
2820                          */
2821                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2822                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2823                                                                         NULL);
2824                         if (ret) {
2825                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2826                                 return ret;
2827                         }
2828                 }
2829                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2830         }
2831
2832         return false;
2833 }
2834
2835 /*
2836  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2837  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2838  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2839  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2840  *
2841  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2842  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2843  * condition simpler.
2844  */
2845 static __always_inline bool
2846 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2847                                                 unsigned int alloc_flags)
2848 {
2849         struct free_area *area;
2850         int current_order;
2851         int min_order = order;
2852         struct page *page;
2853         int fallback_mt;
2854         bool can_steal;
2855
2856         /*
2857          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2858          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2859          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2860          */
2861         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2862                 min_order = pageblock_order;
2863
2864         /*
2865          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2866          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2867          * would be too costly to do exactly.
2868          */
2869         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2870                                 --current_order) {
2871                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2872                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2873                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2874                 if (fallback_mt == -1)
2875                         continue;
2876
2877                 /*
2878                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2879                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2880                  * steal and split the smallest available page instead of the
2881                  * largest available page, because even if the next movable
2882                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2883                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2884                  */
2885                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2886                                         && current_order > order)
2887                         goto find_smallest;
2888
2889                 goto do_steal;
2890         }
2891
2892         return false;
2893
2894 find_smallest:
2895         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2896                                                         current_order++) {
2897                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2898                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2899                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2900                 if (fallback_mt != -1)
2901                         break;
2902         }
2903
2904         /*
2905          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2906          * when looking for the largest page.
2907          */
2908         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2909
2910 do_steal:
2911         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2912
2913         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2914                                                                 can_steal);
2915
2916         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2917                 start_migratetype, fallback_mt);
2918
2919         return true;
2920
2921 }
2922
2923 /*
2924  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2925  * Call me with the zone->lock already held.
2926  */
2927 static __always_inline struct page *
2928 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2929                                                 unsigned int alloc_flags)
2930 {
2931         struct page *page;
2932
2933         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2934                 /*
2935                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2936                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2937                  * is in the CMA area.
2938                  */
2939                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2940                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2941                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2942                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2943                         if (page)
2944                                 goto out;
2945                 }
2946         }
2947 retry:
2948         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2949         if (unlikely(!page)) {
2950                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2951                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2952
2953                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2954                                                                 alloc_flags))
2955                         goto retry;
2956         }
2957 out:
2958         if (page)
2959                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2960         return page;
2961 }
2962
2963 /*
2964  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2965  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2966  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2967  */
2968 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2969                         unsigned long count, struct list_head *list,
2970                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2971 {
2972         int i, allocated = 0;
2973
2974         /*
2975          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
2976          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
2977          */
2978         spin_lock(&zone->lock);
2979         for (i = 0; i < count; ++i) {
2980                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2981                                                                 alloc_flags);
2982                 if (unlikely(page == NULL))
2983                         break;
2984
2985                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
2986                         continue;
2987
2988                 /*
2989                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2990                  * physical page order. The page is added to the tail of
2991                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2992                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2993                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2994                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2995                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2996                  * pages are ordered properly.
2997                  */
2998                 list_add_tail(&page->lru, list);
2999                 allocated++;
3000                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3001                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3002                                               -(1 << order));
3003         }
3004
3005         /*
3006          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3007          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3008          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3009          * pages added to the pcp list.
3010          */
3011         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3012         spin_unlock(&zone->lock);
3013         return allocated;
3014 }
3015
3016 #ifdef CONFIG_NUMA
3017 /*
3018  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3019  * currently executing processor on remote nodes after they have
3020  * expired.
3021  *
3022  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3023  * a single processor.
3024  */
3025 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3026 {
3027         unsigned long flags;
3028         int to_drain, batch;
3029
3030         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3031         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3032         to_drain = min(pcp->count, batch);
3033         if (to_drain > 0)
3034                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3035         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3036 }
3037 #endif
3038
3039 /*
3040  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3041  *
3042  * The processor must either be the current processor and the
3043  * thread pinned to the current processor or a processor that
3044  * is not online.
3045  */
3046 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3047 {
3048         unsigned long flags;
3049         struct per_cpu_pages *pcp;
3050
3051         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3052
3053         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3054         if (pcp->count)
3055                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3056
3057         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3058 }
3059
3060 /*
3061  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3062  *
3063  * The processor must either be the current processor and the
3064  * thread pinned to the current processor or a processor that
3065  * is not online.
3066  */
3067 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3068 {
3069         struct zone *zone;
3070
3071         for_each_populated_zone(zone) {
3072                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3073         }
3074 }
3075
3076 /*
3077  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3078  *
3079  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3080  * the single zone's pages.
3081  */
3082 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3083 {
3084         int cpu = smp_processor_id();
3085
3086         if (zone)
3087                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3088         else
3089                 drain_pages(cpu);
3090 }
3091
3092 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3093 {
3094         struct pcpu_drain *drain;
3095
3096         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3097
3098         /*
3099          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3100          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3101          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3102          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3103          * a different one.
3104          */
3105         migrate_disable();
3106         drain_local_pages(drain->zone);
3107         migrate_enable();
3108 }
3109
3110 /*
3111  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3112  * drain on all cpus.
3113  *
3114  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3115  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3116  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3117  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3118  * optimizing racy check.
3119  */
3120 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3121 {
3122         int cpu;
3123
3124         /*
3125          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3126          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3127          */
3128         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3129
3130         /*
3131          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3132          * initialized.
3133          */
3134         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3135                 return;
3136
3137         /*
3138          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3139          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3140          * the drain to be complete when the call returns.
3141          */
3142         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3143                 if (!zone)
3144                         return;
3145                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3146         }
3147
3148         /*
3149          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3150          * as offline notification will cause the notified
3151          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3152          * disables preemption as part of its processing
3153          */
3154         for_each_online_cpu(cpu) {
3155                 struct per_cpu_pages *pcp;
3156                 struct zone *z;
3157                 bool has_pcps = false;
3158
3159                 if (force_all_cpus) {
3160                         /*
3161                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3162                          * guarantee that no cpu is missed.
3163                          */
3164                         has_pcps = true;
3165                 } else if (zone) {
3166                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3167                         if (pcp->count)
3168                                 has_pcps = true;
3169                 } else {
3170                         for_each_populated_zone(z) {
3171                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3172                                 if (pcp->count) {
3173                                         has_pcps = true;
3174                                         break;
3175                                 }
3176                         }
3177                 }
3178
3179                 if (has_pcps)
3180                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3181                 else
3182                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3183         }
3184
3185         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3186                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3187
3188                 drain->zone = zone;
3189                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3190                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3191         }
3192         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3193                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3194
3195         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3196 }
3197
3198 /*
3199  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3200  *
3201  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3202  *
3203  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3204  */
3205 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3206 {
3207         __drain_all_pages(zone, false);
3208 }
3209
3210 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3211
3212 /*
3213  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3214  */
3215 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3216
3217 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3218 {
3219         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3220         unsigned long flags;
3221         unsigned int order, t;
3222         struct page *page;
3223
3224         if (zone_is_empty(zone))
3225                 return;
3226
3227         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3228
3229         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3230         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3231                 if (pfn_valid(pfn)) {
3232                         page = pfn_to_page(pfn);
3233
3234                         if (!--page_count) {
3235                                 touch_nmi_watchdog();
3236                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3237                         }
3238
3239                         if (page_zone(page) != zone)
3240                                 continue;
3241
3242                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3243                                 swsusp_unset_page_free(page);
3244                 }
3245
3246         for_each_migratetype_order(order, t) {
3247                 list_for_each_entry(page,
3248                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3249                         unsigned long i;
3250
3251                         pfn = page_to_pfn(page);
3252                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3253                                 if (!--page_count) {
3254                                         touch_nmi_watchdog();
3255                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3256                                 }
3257                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3258                         }
3259                 }
3260         }
3261         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3262 }
3263 #endif /* CONFIG_PM */
3264
3265 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3266                                                         unsigned int order)
3267 {
3268         int migratetype;
3269
3270         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3271                 return false;
3272
3273         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3274         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3275         return true;
3276 }
3277
3278 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3279                        bool free_high)
3280 {
3281         int min_nr_free, max_nr_free;
3282
3283         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3284         if (unlikely(free_high))
3285                 return pcp->count;
3286
3287         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3288         if (unlikely(high < batch))
3289                 return 1;
3290
3291         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3292         min_nr_free = batch;
3293         max_nr_free = high - batch;
3294
3295         /*
3296          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3297          * freeing of pages without any allocation.
3298          */
3299         batch <<= pcp->free_factor;
3300         if (batch < max_nr_free)
3301                 pcp->free_factor++;
3302         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3303
3304         return batch;
3305 }
3306
3307 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3308                        bool free_high)
3309 {
3310         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3311
3312         if (unlikely(!high || free_high))
3313                 return 0;
3314
3315         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3316                 return high;
3317
3318         /*
3319          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3320          * stored on pcp lists
3321          */
3322         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3323 }
3324
3325 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3326                                    unsigned int order)
3327 {
3328         struct zone *zone = page_zone(page);
3329         struct per_cpu_pages *pcp;
3330         int high;
3331         int pindex;
3332         bool free_high;
3333
3334         __count_vm_event(PGFREE);
3335         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3336         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3337         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3338         pcp->count += 1 << order;
3339
3340         /*
3341          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3342          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3343          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3344          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3345          */
3346         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3347
3348         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3349         if (pcp->count >= high) {
3350                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3351
3352                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3353         }
3354 }
3355
3356 /*
3357  * Free a pcp page
3358  */
3359 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3360 {
3361         unsigned long flags;
3362         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3363         int migratetype;
3364
3365         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3366                 return;
3367
3368         /*
3369          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3370          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3371          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3372          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3373          * excessively into the page allocator
3374          */
3375         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3376         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3377                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3378                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3379                         return;
3380                 }
3381                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3382         }
3383
3384         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3385         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3386         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3387 }
3388
3389 /*
3390  * Free a list of 0-order pages
3391  */
3392 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3393 {
3394         struct page *page, *next;
3395         unsigned long flags;
3396         int batch_count = 0;
3397         int migratetype;
3398
3399         /* Prepare pages for freeing */
3400         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3401                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3402                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3403                         list_del(&page->lru);
3404                         continue;
3405                 }
3406
3407                 /*
3408                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3409                  * comment in free_unref_page.
3410                  */
3411                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3412                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3413                         list_del(&page->lru);
3414                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3415                         continue;
3416                 }
3417         }
3418
3419         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3420         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3421                 /*
3422                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3423                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3424                  */
3425                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3426                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3427                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3428
3429                 trace_mm_page_free_batched(page);
3430                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3431
3432                 /*
3433                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3434                  * a large list of pages to free.
3435                  */
3436                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3437                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3438                         batch_count = 0;
3439                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3440                 }
3441         }
3442         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3443 }
3444
3445 /*
3446  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3447  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3448  * Each sub-page must be freed individually.
3449  *
3450  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3451  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3452  */
3453 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3454 {
3455         int i;
3456
3457         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3458         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3459
3460         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3461                 set_page_refcounted(page + i);
3462         split_page_owner(page, 1 << order);
3463         split_page_memcg(page, 1 << order);
3464 }
3465 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3466
3467 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3468 {
3469         unsigned long watermark;
3470         struct zone *zone;
3471         int mt;
3472
3473         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3474
3475         zone = page_zone(page);
3476         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3477
3478         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3479                 /*
3480                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3481                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3482                  * watermark, because we already know our high-order page
3483                  * exists.
3484                  */
3485                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3486                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3487                         return 0;
3488
3489                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3490         }
3491
3492         /* Remove page from free list */
3493
3494         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3495
3496         /*
3497          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3498          * pageblock
3499          */
3500         if (order >= pageblock_order - 1) {
3501                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3502                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3503                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3504                         /*
3505                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3506                          * with others)
3507                          */
3508                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3509                                 set_pageblock_migratetype(page,
3510                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3511                 }
3512         }
3513
3514
3515         return 1UL << order;
3516 }
3517
3518 /**
3519  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3520  * @page: Page that was isolated
3521  * @order: Order of the isolated page
3522  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3523  *
3524  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3525  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3526  */
3527 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3528 {
3529         struct zone *zone = page_zone(page);
3530
3531         /* zone lock should be held when this function is called */
3532         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3533
3534         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3535         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3536                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3537 }
3538
3539 /*
3540  * Update NUMA hit/miss statistics
3541  *
3542  * Must be called with interrupts disabled.
3543  */
3544 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3545                                    long nr_account)
3546 {
3547 #ifdef CONFIG_NUMA
3548         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3549
3550         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3551         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3552                 return;
3553
3554         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3555                 local_stat = NUMA_OTHER;
3556
3557         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3558                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3559         else {
3560                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3561                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3562         }
3563         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3564 #endif
3565 }
3566
3567 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3568 static inline
3569 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3570                         int migratetype,
3571                         unsigned int alloc_flags,
3572                         struct per_cpu_pages *pcp,
3573                         struct list_head *list)
3574 {
3575         struct page *page;
3576
3577         do {
3578                 if (list_empty(list)) {
3579                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3580                         int alloced;
3581
3582                         /*
3583                          * Scale batch relative to order if batch implies
3584                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3585                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3586                          * should never store free pages as the pages may
3587                          * belong to arbitrary zones.
3588                          */
3589                         if (batch > 1)
3590                                 batch = max(batch >> order, 2);
3591                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3592                                         batch, list,
3593                                         migratetype, alloc_flags);
3594
3595                         pcp->count += alloced << order;
3596                         if (unlikely(list_empty(list)))
3597                                 return NULL;
3598                 }
3599
3600                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3601                 list_del(&page->lru);
3602                 pcp->count -= 1 << order;
3603         } while (check_new_pcp(page, order));
3604
3605         return page;
3606 }
3607
3608 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3609 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3610                         struct zone *zone, unsigned int order,
3611                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3612                         unsigned int alloc_flags)
3613 {
3614         struct per_cpu_pages *pcp;
3615         struct list_head *list;
3616         struct page *page;
3617         unsigned long flags;
3618
3619         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3620
3621         /*
3622          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3623          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3624          * frees.
3625          */
3626         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3627         pcp->free_factor >>= 1;
3628         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3629         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3630         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3631         if (page) {
3632                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3633                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3634         }
3635         return page;
3636 }
3637
3638 /*
3639  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3640  */
3641 static inline
3642 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3643                         struct zone *zone, unsigned int order,
3644                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3645                         int migratetype)
3646 {
3647         unsigned long flags;
3648         struct page *page;
3649
3650         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3651                 /*
3652                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3653                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3654                  */
3655                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3656                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3657                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3658                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3659                         goto out;
3660                 }
3661         }
3662
3663         /*
3664          * We most definitely don't want callers attempting to
3665          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3666          */
3667         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3668
3669         do {
3670                 page = NULL;
3671                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3672                 /*
3673                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3674                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3675                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3676                  * request should skip it.
3677                  */
3678                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3679                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3680                         if (page)
3681                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3682                 }
3683                 if (!page) {
3684                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3685                         if (!page)
3686                                 goto failed;
3687                 }
3688                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3689                                           get_pcppage_migratetype(page));
3690                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3691         } while (check_new_pages(page, order));
3692
3693         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3694         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3695
3696 out:
3697         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3698         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3699                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3700                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3701         }
3702
3703         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3704         return page;
3705
3706 failed:
3707         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3708         return NULL;
3709 }
3710
3711 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3712
3713 static struct {
3714         struct fault_attr attr;
3715
3716         bool ignore_gfp_highmem;
3717         bool ignore_gfp_reclaim;
3718         u32 min_order;
3719 } fail_page_alloc = {
3720         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3721         .ignore_gfp_reclaim = true,
3722         .ignore_gfp_highmem = true,
3723         .min_order = 1,
3724 };
3725
3726 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3727 {
3728         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3729 }
3730 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3731
3732 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3733 {
3734         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3735                 return false;
3736         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3737                 return false;
3738         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3739                 return false;
3740         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3741                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3742                 return false;
3743
3744         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3745 }
3746
3747 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3748
3749 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3750 {
3751         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3752         struct dentry *dir;
3753
3754         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3755                                         &fail_page_alloc.attr);
3756
3757         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3758                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3759         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3760                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3761         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3762
3763         return 0;
3764 }
3765
3766 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3767
3768 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3769
3770 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3771
3772 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3773 {
3774         return false;
3775 }
3776
3777 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3778
3779 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3780 {
3781         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3782 }
3783 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3784
3785 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3786                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3787 {
3788         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3789         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3790
3791         /*
3792          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3793          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3794          * atomic reserve but it avoids a search.
3795          */
3796         if (likely(!alloc_harder))
3797                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3798
3799 #ifdef CONFIG_CMA
3800         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3801         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3802                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3803 #endif
3804
3805         return unusable_free;
3806 }
3807
3808 /*
3809  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3810  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3811  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3812  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3813  */
3814 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3815                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3816                          long free_pages)
3817 {
3818         long min = mark;
3819         int o;
3820         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3821
3822         /* free_pages may go negative - that's OK */
3823         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3824
3825         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3826                 min -= min / 2;
3827
3828         if (unlikely(alloc_harder)) {
3829                 /*
3830                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3831                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3832                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3833                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3834                  */
3835                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3836                         min -= min / 2;
3837                 else
3838                         min -= min / 4;
3839         }
3840
3841         /*
3842          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3843          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3844          * even if a suitable page happened to be free.
3845          */
3846         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3847                 return false;
3848
3849         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3850         if (!order)
3851                 return true;
3852
3853         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3854         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3855                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3856                 int mt;
3857
3858                 if (!area->nr_free)
3859                         continue;
3860
3861                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3862                         if (!free_area_empty(area, mt))
3863                                 return true;
3864                 }
3865
3866 #ifdef CONFIG_CMA
3867                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3868                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3869                         return true;
3870                 }
3871 #endif
3872                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3873                         return true;
3874         }
3875         return false;
3876 }
3877
3878 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3879                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3880 {
3881         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3882                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3883 }
3884
3885 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3886                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3887                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3888 {
3889         long free_pages;
3890
3891         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3892
3893         /*
3894          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3895          * need to be calculated.
3896          */
3897         if (!order) {
3898                 long fast_free;
3899
3900                 fast_free = free_pages;
3901                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3902                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3903                         return true;
3904         }
3905
3906         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3907                                         free_pages))
3908                 return true;
3909         /*
3910          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3911          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3912          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3913          * when below the low watermark.
3914          */
3915         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3916                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3917                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3918                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3919                                         alloc_flags, free_pages);
3920         }
3921
3922         return false;
3923 }
3924
3925 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3926                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3927 {
3928         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3929
3930         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3931                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3932
3933         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3934                                                                 free_pages);
3935 }
3936
3937 #ifdef CONFIG_NUMA
3938 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3939
3940 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3941 {
3942         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3943                                 node_reclaim_distance;
3944 }
3945 #else   /* CONFIG_NUMA */
3946 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3947 {
3948         return true;
3949 }
3950 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3951
3952 /*
3953  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3954  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3955  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3956  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3957  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3958  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3959  */
3960 static inline unsigned int
3961 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3962 {
3963         unsigned int alloc_flags;
3964
3965         /*
3966          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3967          * to save a branch.
3968          */
3969         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3970
3971 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3972         if (!zone)
3973                 return alloc_flags;
3974
3975         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3976                 return alloc_flags;
3977
3978         /*
3979          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3980          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3981          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3982          */
3983         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3984         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3985                 return alloc_flags;
3986
3987         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3988 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3989         return alloc_flags;
3990 }
3991
3992 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3993 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3994                                                   unsigned int alloc_flags)
3995 {
3996 #ifdef CONFIG_CMA
3997         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3998                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3999 #endif
4000         return alloc_flags;
4001 }
4002
4003 /*
4004  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4005  * a page.
4006  */
4007 static struct page *
4008 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4009                                                 const struct alloc_context *ac)
4010 {
4011         struct zoneref *z;
4012         struct zone *zone;
4013         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4014         bool no_fallback;
4015
4016 retry:
4017         /*
4018          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4019          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4020          */
4021         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4022         z = ac->preferred_zoneref;
4023         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4024                                         ac->nodemask) {
4025                 struct page *page;
4026                 unsigned long mark;
4027
4028                 if (cpusets_enabled() &&
4029                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4030                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4031                                 continue;
4032                 /*
4033                  * When allocating a page cache page for writing, we
4034                  * want to get it from a node that is within its dirty
4035                  * limit, such that no single node holds more than its
4036                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4037                  * The dirty limits take into account the node's
4038                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4039                  * should be able to balance it without having to
4040                  * write pages from its LRU list.
4041                  *
4042                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4043                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4044                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4045                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4046                  * nodes are together not big enough to reach the
4047                  * global limit.  The proper fix for these situations
4048                  * will require awareness of nodes in the
4049                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4050                  */
4051                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4052                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4053                                 continue;
4054
4055                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4056                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4057                                 continue;
4058                         }
4059                 }
4060
4061                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4062                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4063                         int local_nid;
4064
4065                         /*
4066                          * If moving to a remote node, retry but allow
4067                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4068                          * than fragmentation avoidance.
4069                          */
4070                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4071                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4072                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4073                                 goto retry;
4074                         }
4075                 }
4076
4077                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4078                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4079                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4080                                        gfp_mask)) {
4081                         int ret;
4082
4083 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4084                         /*
4085                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4086                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4087                          */
4088                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4089                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4090                                         goto try_this_zone;
4091                         }
4092 #endif
4093                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4094                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4095                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4096                                 goto try_this_zone;
4097
4098                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4099                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4100                                 continue;
4101
4102                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4103                         switch (ret) {
4104                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4105                                 /* did not scan */
4106                                 continue;
4107                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4108                                 /* scanned but unreclaimable */
4109                                 continue;
4110                         default:
4111                                 /* did we reclaim enough */
4112                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4113                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4114                                         goto try_this_zone;
4115
4116                                 continue;
4117                         }
4118                 }
4119
4120 try_this_zone:
4121                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4122                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4123                 if (page) {
4124                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4125
4126                         /*
4127                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4128                          * if the pageblock should be reserved for the future
4129                          */
4130                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4131                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4132
4133                         return page;
4134                 } else {
4135 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4136                         /* Try again if zone has deferred pages */
4137                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4138                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4139                                         goto try_this_zone;
4140                         }
4141 #endif
4142                 }
4143         }
4144
4145         /*
4146          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4147          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4148          */
4149         if (no_fallback) {
4150                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4151                 goto retry;
4152         }
4153
4154         return NULL;
4155 }
4156
4157 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4158 {
4159         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4160
4161         /*
4162          * This documents exceptions given to allocations in certain
4163          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4164          * of allowed nodes.
4165          */
4166         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4167                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4168                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4169                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4170         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4171                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4172
4173         show_mem(filter, nodemask);
4174 }
4175
4176 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4177 {
4178         struct va_format vaf;
4179         va_list args;
4180         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4181
4182         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4183              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4184              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4185                 return;
4186
4187         va_start(args, fmt);
4188         vaf.fmt = fmt;
4189         vaf.va = &args;
4190         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4191                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4192                         nodemask_pr_args(nodemask));
4193         va_end(args);
4194
4195         cpuset_print_current_mems_allowed();
4196         pr_cont("\n");
4197         dump_stack();
4198         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4199 }
4200
4201 static inline struct page *
4202 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4203                               unsigned int alloc_flags,
4204                               const struct alloc_context *ac)
4205 {
4206         struct page *page;
4207
4208         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4209                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4210         /*
4211          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4212          * are depleted
4213          */
4214         if (!page)
4215                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4216                                 alloc_flags, ac);
4217
4218         return page;
4219 }
4220
4221 static inline struct page *
4222 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4223         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4224 {
4225         struct oom_control oc = {
4226                 .zonelist = ac->zonelist,
4227                 .nodemask = ac->nodemask,
4228                 .memcg = NULL,
4229                 .gfp_mask = gfp_mask,
4230                 .order = order,
4231         };
4232         struct page *page;
4233
4234         *did_some_progress = 0;
4235
4236         /*
4237          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4238          * making progress for us.
4239          */
4240         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4241                 *did_some_progress = 1;
4242                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4243                 return NULL;
4244         }
4245
4246         /*
4247          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4248          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4249          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4250          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4251          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4252          */
4253         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4254                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4255                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4256         if (page)
4257                 goto out;
4258
4259         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4260         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4261                 goto out;
4262         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4263         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4264                 goto out;
4265         /*
4266          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4267          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4268          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4269          * fallback than shooting a random task.
4270          *
4271          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4272          */
4273         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4274                 goto out;
4275         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4276         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4277                 goto out;
4278         if (pm_suspended_storage())
4279                 goto out;
4280         /*
4281          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4282          * other request to make a forward progress.
4283          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4284          * do much for this context but let's try it to at least get
4285          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4286          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4287          * failures more gracefully we should just bail out here.
4288          */
4289
4290         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4291         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4292                 *did_some_progress = 1;
4293
4294                 /*
4295                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4296                  * reserves
4297                  */
4298                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4299                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4300                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4301         }
4302 out:
4303         mutex_unlock(&oom_lock);
4304         return page;
4305 }
4306
4307 /*
4308  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4309  * killer is consider as the only way to move forward.
4310  */
4311 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4312
4313 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4314 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4315 static struct page *
4316 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4317                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4318                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4319 {
4320         struct page *page = NULL;
4321         unsigned long pflags;
4322         unsigned int noreclaim_flag;
4323
4324         if (!order)
4325                 return NULL;
4326
4327         psi_memstall_enter(&pflags);
4328         delayacct_compact_start();
4329         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4330
4331         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4332                                                                 prio, &page);
4333
4334         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4335         psi_memstall_leave(&pflags);
4336         delayacct_compact_end();
4337
4338         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4339                 return NULL;
4340         /*
4341          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4342          * count a compaction stall
4343          */
4344         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4345
4346         /* Prep a captured page if available */
4347         if (page)
4348                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4349
4350         /* Try get a page from the freelist if available */
4351         if (!page)
4352                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4353
4354         if (page) {
4355                 struct zone *zone = page_zone(page);
4356
4357                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4358                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4359                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4360                 return page;
4361         }
4362
4363         /*
4364          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4365          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4366          */
4367         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4368
4369         cond_resched();
4370
4371         return NULL;
4372 }
4373
4374 static inline bool
4375 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4376                      enum compact_result compact_result,
4377                      enum compact_priority *compact_priority,
4378                      int *compaction_retries)
4379 {
4380         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4381         int min_priority;
4382         bool ret = false;
4383         int retries = *compaction_retries;
4384         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4385
4386         if (!order)
4387                 return false;
4388
4389         if (fatal_signal_pending(current))
4390                 return false;
4391
4392         if (compaction_made_progress(compact_result))
4393                 (*compaction_retries)++;
4394
4395         /*
4396          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4397          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4398          * failure could be caused by insufficient priority
4399          */
4400         if (compaction_failed(compact_result))
4401                 goto check_priority;
4402
4403         /*
4404          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4405          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4406          */
4407         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4408                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4409                 goto out;
4410         }
4411
4412         /*
4413          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4414          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4415          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4416          * we don't just keep bailing out endlessly.
4417          */
4418         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4419                 goto check_priority;
4420         }
4421
4422         /*
4423          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4424          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4425          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4426          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4427          * would need much more detailed feedback from compaction to
4428          * make a better decision.
4429          */
4430         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4431                 max_retries /= 4;
4432         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4433                 ret = true;
4434                 goto out;
4435         }
4436
4437         /*
4438          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4439          * all retries or failed at the lower priorities.
4440          */
4441 check_priority:
4442         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4443                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4444
4445         if (*compact_priority > min_priority) {
4446                 (*compact_priority)--;
4447                 *compaction_retries = 0;
4448                 ret = true;
4449         }
4450 out:
4451         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4452         return ret;
4453 }
4454 #else
4455 static inline struct page *
4456 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4457                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4458                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4459 {
4460         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4461         return NULL;
4462 }
4463
4464 static inline bool
4465 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4466                      enum compact_result compact_result,
4467                      enum compact_priority *compact_priority,
4468                      int *compaction_retries)
4469 {
4470         struct zone *zone;
4471         struct zoneref *z;
4472
4473         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4474                 return false;
4475
4476         /*
4477          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4478          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4479          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4480          * watermarks are OK.
4481          */
4482         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4483                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4484                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4485                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4486                         return true;
4487         }
4488         return false;
4489 }
4490 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4491
4492 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4493 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4494         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4495
4496 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4497 {
4498         /* no reclaim without waiting on it */
4499         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4500                 return false;
4501
4502         /* this guy won't enter reclaim */
4503         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4504                 return false;
4505
4506         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4507                 return false;
4508
4509         return true;
4510 }
4511
4512 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4513 {
4514         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4515 }
4516
4517 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4518 {
4519         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4520 }
4521
4522 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4523 {
4524         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4525
4526         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4527                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4528                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4529
4530 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4531                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4532                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4533 #endif
4534
4535         }
4536 }
4537 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4538
4539 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4540 {
4541         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4542
4543         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4544                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4545                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4546         }
4547 }
4548 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4549 #endif
4550
4551 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4552 static unsigned long
4553 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4554                                         const struct alloc_context *ac)
4555 {
4556         unsigned int noreclaim_flag;
4557         unsigned long progress;
4558
4559         cond_resched();
4560
4561         /* We now go into synchronous reclaim */
4562         cpuset_memory_pressure_bump();
4563         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4564         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4565
4566         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4567                                                                 ac->nodemask);
4568
4569         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4570         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4571
4572         cond_resched();
4573
4574         return progress;
4575 }
4576
4577 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4578 static inline struct page *
4579 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4580                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4581                 unsigned long *did_some_progress)
4582 {
4583         struct page *page = NULL;
4584         unsigned long pflags;
4585         bool drained = false;
4586
4587         psi_memstall_enter(&pflags);
4588         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4589         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4590                 goto out;
4591
4592 retry:
4593         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4594
4595         /*
4596          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4597          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4598          * Shrink them and try again
4599          */
4600         if (!page && !drained) {
4601                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4602                 drain_all_pages(NULL);
4603                 drained = true;
4604                 goto retry;
4605         }
4606 out:
4607         psi_memstall_leave(&pflags);
4608
4609         return page;
4610 }
4611
4612 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4613                              const struct alloc_context *ac)
4614 {
4615         struct zoneref *z;
4616         struct zone *zone;
4617         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4618         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4619
4620         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4621                                         ac->nodemask) {
4622                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4623                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4624                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4625         }
4626 }
4627
4628 static inline unsigned int
4629 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4630 {
4631         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4632
4633         /*
4634          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4635          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4636          * to save two branches.
4637          */
4638         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4639         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4640
4641         /*
4642          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4643          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4644          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4645          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4646          */
4647         alloc_flags |= (__force int)
4648                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4649
4650         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4651                 /*
4652                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4653                  * if it can't schedule.
4654                  */
4655                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4656                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4657                 /*
4658                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4659                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4660                  */
4661                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4662         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4663                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4664
4665         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4666
4667         return alloc_flags;
4668 }
4669
4670 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4671 {
4672         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4673                 return false;
4674
4675         /*
4676          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4677          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4678          */
4679         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4680                 return false;
4681
4682         return true;
4683 }
4684
4685 /*
4686  * Distinguish requests which really need access to full memory
4687  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4688  */
4689 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4690 {
4691         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4692                 return 0;
4693         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4694                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4695         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4696                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4697         if (!in_interrupt()) {
4698                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4699                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4700                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4701                         return ALLOC_OOM;
4702         }
4703
4704         return 0;
4705 }
4706
4707 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4708 {
4709         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4710 }
4711
4712 /*
4713  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4714  * for the given allocation request.
4715  *
4716  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4717  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4718  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4719  *
4720  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4721  */
4722 static inline bool
4723 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4724                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4725                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4726 {
4727         struct zone *zone;
4728         struct zoneref *z;
4729         bool ret = false;
4730
4731         /*
4732          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4733          * their order will become available due to high fragmentation so
4734          * always increment the no progress counter for them
4735          */
4736         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4737                 *no_progress_loops = 0;
4738         else
4739                 (*no_progress_loops)++;
4740
4741         /*
4742          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4743          * several times in the row.
4744          */
4745         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4746                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4747                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4748         }
4749
4750         /*
4751          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4752          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4753          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4754          * screwed and have to go OOM.
4755          */
4756         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4757                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4758                 unsigned long available;
4759                 unsigned long reclaimable;
4760                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4761                 bool wmark;
4762
4763                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4764                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4765
4766                 /*
4767                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4768                  * reclaimable pages?
4769                  */
4770                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4771                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4772                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4773                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4774                 if (wmark) {
4775                         ret = true;
4776                         break;
4777                 }
4778         }
4779
4780         /*
4781          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4782          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4783          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4784          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4785          * here rather than calling cond_resched().
4786          */
4787         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4788                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4789         else
4790                 cond_resched();
4791         return ret;
4792 }
4793
4794 static inline bool
4795 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4796 {
4797         /*
4798          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4799          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4800          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4801          * such a way the check therein was true, and then it became false
4802          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4803          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4804          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4805          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4806          * caller can deal with a violated nodemask.
4807          */
4808         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4809                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4810                 ac->nodemask = NULL;
4811                 return true;
4812         }
4813
4814         /*
4815          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4816          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4817          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4818          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4819          * retry.
4820          */
4821         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4822                 return true;
4823
4824         return false;
4825 }
4826
4827 static inline struct page *
4828 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4829                                                 struct alloc_context *ac)
4830 {
4831         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4832         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4833         struct page *page = NULL;
4834         unsigned int alloc_flags;
4835         unsigned long did_some_progress;
4836         enum compact_priority compact_priority;
4837         enum compact_result compact_result;
4838         int compaction_retries;
4839         int no_progress_loops;
4840         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4841         int reserve_flags;
4842
4843         /*
4844          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4845          * callers that are not in atomic context.
4846          */
4847         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4848                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4849                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4850
4851 retry_cpuset:
4852         compaction_retries = 0;
4853         no_progress_loops = 0;
4854         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4855         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4856
4857         /*
4858          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4859          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4860          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4861          */
4862         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4863
4864         /*
4865          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4866          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4867          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4868          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4869          */
4870         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4871                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4872         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4873                 goto nopage;
4874
4875         /*
4876          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4877          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4878          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4879          */
4880         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4881                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4882                                         ac->highest_zoneidx,
4883                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4884                 if (!z->zone)
4885                         goto nopage;
4886         }
4887
4888         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4889                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4890
4891         /*
4892          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4893          * that first
4894          */
4895         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4896         if (page)
4897                 goto got_pg;
4898
4899         /*
4900          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4901          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4902          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4903          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4904          * same migratetype.
4905          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4906          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4907          */
4908         if (can_direct_reclaim &&
4909                         (costly_order ||
4910                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4911                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4912                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4913                                                 alloc_flags, ac,
4914                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4915                                                 &compact_result);
4916                 if (page)
4917                         goto got_pg;
4918
4919                 /*
4920                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4921                  * includes some THP page fault allocations
4922                  */
4923                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4924                         /*
4925                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4926                          * failed because all zones are below low watermarks
4927                          * or is prohibited because it recently failed at this
4928                          * order, fail immediately unless the allocator has
4929                          * requested compaction and reclaim retry.
4930                          *
4931                          * Reclaim is
4932                          *  - potentially very expensive because zones are far
4933                          *    below their low watermarks or this is part of very
4934                          *    bursty high order allocations,
4935                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4936                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4937                          *    linear scan, and
4938                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4939                          *    own.
4940                          */
4941                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4942                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4943                                 goto nopage;
4944
4945                         /*
4946                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4947                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4948                          * using async compaction.
4949                          */
4950                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4951                 }
4952         }
4953
4954 retry:
4955         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4956         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4957                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4958
4959         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4960         if (reserve_flags)
4961                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4962
4963         /*
4964          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4965          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4966          * user oriented.
4967          */
4968         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4969                 ac->nodemask = NULL;
4970                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4971                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4972         }
4973
4974         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4975         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4976         if (page)
4977                 goto got_pg;
4978
4979         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4980         if (!can_direct_reclaim)
4981                 goto nopage;
4982
4983         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4984         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4985                 goto nopage;
4986
4987         /* Try direct reclaim and then allocating */
4988         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4989                                                         &did_some_progress);
4990         if (page)
4991                 goto got_pg;
4992
4993         /* Try direct compaction and then allocating */
4994         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4995                                         compact_priority, &compact_result);
4996         if (page)
4997                 goto got_pg;
4998
4999         /* Do not loop if specifically requested */
5000         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5001                 goto nopage;
5002
5003         /*
5004          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5005          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5006          */
5007         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5008                 goto nopage;
5009
5010         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5011                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5012                 goto retry;
5013
5014         /*
5015          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5016          * reclaim is not able to make any progress because the current
5017          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5018          * of free memory (see __compaction_suitable)
5019          */
5020         if (did_some_progress > 0 &&
5021                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5022                                 compact_result, &compact_priority,
5023                                 &compaction_retries))
5024                 goto retry;
5025
5026
5027         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5028         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5029                 goto retry_cpuset;
5030
5031         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5032         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5033         if (page)
5034                 goto got_pg;
5035
5036         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5037         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5038             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5039              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5040                 goto nopage;
5041
5042         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5043         if (did_some_progress) {
5044                 no_progress_loops = 0;
5045                 goto retry;
5046         }
5047
5048 nopage:
5049         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5050         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5051                 goto retry_cpuset;
5052
5053         /*
5054          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5055          * we always retry
5056          */
5057         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5058                 /*
5059                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5060                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5061                  */
5062                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5063                         goto fail;
5064
5065                 /*
5066                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5067                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5068                  * for somebody to do a work for us
5069                  */
5070                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5071
5072                 /*
5073                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5074                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5075                  * so that we can identify them and convert them to something
5076                  * else.
5077                  */
5078                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5079
5080                 /*
5081                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5082                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5083                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5084                  * the situation worse
5085                  */
5086                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5087                 if (page)
5088                         goto got_pg;
5089
5090                 cond_resched();
5091                 goto retry;
5092         }
5093 fail:
5094         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5095                         "page allocation failure: order:%u", order);
5096 got_pg:
5097         return page;
5098 }
5099
5100 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5101                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5102                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5103                 unsigned int *alloc_flags)
5104 {
5105         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5106         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5107         ac->nodemask = nodemask;
5108         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5109
5110         if (cpusets_enabled()) {
5111                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5112                 /*
5113                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5114                  * to the current task context. It means that any node ok.
5115                  */
5116                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5117                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5118                 else
5119                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5120         }
5121
5122         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5123         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5124
5125         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5126
5127         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5128                 return false;
5129
5130         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5131
5132         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5133         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5134
5135         /*
5136          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5137          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5138          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5139          */
5140         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5141                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5142
5143         return true;
5144 }
5145
5146 /*
5147  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5148  * @gfp: GFP flags for the allocation
5149  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5150  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5151  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5152  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5153  * @page_array: Optional array to store the pages
5154  *
5155  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5156  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5157  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5158  *
5159  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5160  *
5161  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5162  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5163  *
5164  * Returns the number of pages on the list or array.
5165  */
5166 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5167                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5168                         struct list_head *page_list,
5169                         struct page **page_array)
5170 {
5171         struct page *page;
5172         unsigned long flags;
5173         struct zone *zone;
5174         struct zoneref *z;
5175         struct per_cpu_pages *pcp;
5176         struct list_head *pcp_list;
5177         struct alloc_context ac;
5178         gfp_t alloc_gfp;
5179         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5180         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5181
5182         /*
5183          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5184          * to be allocated before disabling IRQs.
5185          */
5186         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5187                 nr_populated++;
5188
5189         /* No pages requested? */
5190         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5191                 goto out;
5192
5193         /* Already populated array? */
5194         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5195                 goto out;
5196
5197         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5198         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5199                 goto failed;
5200
5201         /* Use the single page allocator for one page. */
5202         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5203                 goto failed;
5204
5205 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5206         /*
5207          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5208          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5209          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5210          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5211          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5212          */
5213         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5214                 goto failed;
5215 #endif
5216
5217         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5218         gfp &= gfp_allowed_mask;
5219         alloc_gfp = gfp;
5220         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5221                 goto out;
5222         gfp = alloc_gfp;
5223
5224         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5225         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5226                 unsigned long mark;
5227
5228                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5229                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5230                         continue;
5231                 }
5232
5233                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5234                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5235                         goto failed;
5236                 }
5237
5238                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5239                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5240                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5241                                 alloc_flags, gfp)) {
5242                         break;
5243                 }
5244         }
5245
5246         /*
5247          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5248          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5249          */
5250         if (unlikely(!zone))
5251                 goto failed;
5252
5253         /* Attempt the batch allocation */
5254         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5255         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5256         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5257
5258         while (nr_populated < nr_pages) {
5259
5260                 /* Skip existing pages */
5261                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5262                         nr_populated++;
5263                         continue;
5264                 }
5265
5266                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5267                                                                 pcp, pcp_list);
5268                 if (unlikely(!page)) {
5269                         /* Try and get at least one page */
5270                         if (!nr_populated)
5271                                 goto failed_irq;
5272                         break;
5273                 }
5274                 nr_account++;
5275
5276                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5277                 if (page_list)
5278                         list_add(&page->lru, page_list);
5279                 else
5280                         page_array[nr_populated] = page;
5281                 nr_populated++;
5282         }
5283
5284         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5285
5286         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5287         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5288
5289 out:
5290         return nr_populated;
5291
5292 failed_irq:
5293         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5294
5295 failed:
5296         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5297         if (page) {
5298                 if (page_list)
5299                         list_add(&page->lru, page_list);
5300                 else
5301                         page_array[nr_populated] = page;
5302                 nr_populated++;
5303         }
5304
5305         goto out;
5306 }
5307 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5308
5309 /*
5310  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5311  */
5312 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5313                                                         nodemask_t *nodemask)
5314 {
5315         struct page *page;
5316         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5317         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5318         struct alloc_context ac = { };
5319
5320         /*
5321          * There are several places where we assume that the order value is sane
5322          * so bail out early if the request is out of bound.
5323          */
5324         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5325                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5326                 return NULL;
5327         }
5328
5329         gfp &= gfp_allowed_mask;
5330         /*
5331          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5332          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5333          * from a particular context which has been marked by
5334          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5335          * movable zones are not used during allocation.
5336          */
5337         gfp = current_gfp_context(gfp);
5338         alloc_gfp = gfp;
5339         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5340                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5341                 return NULL;
5342
5343         /*
5344          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5345          * memory until all local zones are considered.
5346          */
5347         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5348
5349         /* First allocation attempt */
5350         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5351         if (likely(page))
5352                 goto out;
5353
5354         alloc_gfp = gfp;
5355         ac.spread_dirty_pages = false;
5356
5357         /*
5358          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5359          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5360          */
5361         ac.nodemask = nodemask;
5362
5363         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5364
5365 out:
5366         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5367             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5368                 __free_pages(page, order);
5369                 page = NULL;
5370         }
5371
5372         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5373
5374         return page;
5375 }
5376 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5377
5378 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5379                 nodemask_t *nodemask)
5380 {
5381         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5382                         preferred_nid, nodemask);
5383
5384         if (page && order > 1)
5385                 prep_transhuge_page(page);
5386         return (struct folio *)page;
5387 }
5388 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5389
5390 /*
5391  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5392  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5393  * you need to access high mem.
5394  */
5395 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5396 {
5397         struct page *page;
5398
5399         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5400         if (!page)
5401                 return 0;
5402         return (unsigned long) page_address(page);
5403 }
5404 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5405
5406 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5407 {
5408         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5409 }
5410 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5411
5412 /**
5413  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5414  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5415  * @order: The order of the allocation.
5416  *
5417  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5418  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5419  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5420  * than was allocated will probably emit a warning.
5421  *
5422  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5423  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5424  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5425  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5426  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5427  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5428  *
5429  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5430  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5431  */
5432 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5433 {
5434         if (put_page_testzero(page))
5435                 free_the_page(page, order);
5436         else if (!PageHead(page))
5437                 while (order-- > 0)
5438                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5439 }
5440 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5441
5442 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5443 {
5444         if (addr != 0) {
5445                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5446                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5447         }
5448 }
5449
5450 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5451
5452 /*
5453  * Page Fragment:
5454  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5455  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5456  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5457  *
5458  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5459  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5460  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5461  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5462  */
5463 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5464                                              gfp_t gfp_mask)
5465 {
5466         struct page *page = NULL;
5467         gfp_t gfp = gfp_mask;
5468
5469 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5470         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5471                     __GFP_NOMEMALLOC;
5472         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5473                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5474         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5475 #endif
5476         if (unlikely(!page))
5477                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5478
5479         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5480
5481         return page;
5482 }
5483
5484 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5485 {
5486         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5487
5488         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5489                 free_the_page(page, compound_order(page));
5490 }
5491 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5492
5493 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5494                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5495                       unsigned int align_mask)
5496 {
5497         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5498         struct page *page;
5499         int offset;
5500
5501         if (unlikely(!nc->va)) {
5502 refill:
5503                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5504                 if (!page)
5505                         return NULL;
5506
5507 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5508                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5509                 size = nc->size;
5510 #endif
5511                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5512                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5513                  */
5514                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5515
5516                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5517                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5518                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5519                 nc->offset = size;
5520         }
5521
5522         offset = nc->offset - fragsz;
5523         if (unlikely(offset < 0)) {
5524                 page = virt_to_page(nc->va);
5525
5526                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5527                         goto refill;
5528
5529                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5530                         free_the_page(page, compound_order(page));
5531                         goto refill;
5532                 }
5533
5534 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5535                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5536                 size = nc->size;
5537 #endif
5538                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5539                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5540
5541                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5542                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5543                 offset = size - fragsz;
5544         }
5545
5546         nc->pagecnt_bias--;
5547         offset &= align_mask;
5548         nc->offset = offset;
5549
5550         return nc->va + offset;
5551 }
5552 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5553
5554 /*
5555  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5556  */
5557 void page_frag_free(void *addr)
5558 {
5559         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5560
5561         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5562                 free_the_page(page, compound_order(page));
5563 }
5564 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5565
5566 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5567                 size_t size)
5568 {
5569         if (addr) {
5570                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5571                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5572
5573                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5574                 while (used < alloc_end) {
5575                         free_page(used);
5576                         used += PAGE_SIZE;
5577                 }
5578         }
5579         return (void *)addr;
5580 }
5581
5582 /**
5583  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5584  * @size: the number of bytes to allocate
5585  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5586  *
5587  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5588  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5589  * allocate memory in power-of-two pages.
5590  *
5591  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5592  *
5593  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5594  *
5595  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5596  */
5597 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5598 {
5599         unsigned int order = get_order(size);
5600         unsigned long addr;
5601
5602         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5603                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5604
5605         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5606         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5607 }
5608 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5609
5610 /**
5611  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5612  *                         pages on a node.
5613  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5614  * @size: the number of bytes to allocate
5615  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5616  *
5617  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5618  * back.
5619  *
5620  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5621  */
5622 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5623 {
5624         unsigned int order = get_order(size);
5625         struct page *p;
5626
5627         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5628                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5629
5630         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5631         if (!p)
5632                 return NULL;
5633         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5634 }
5635
5636 /**
5637  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5638  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5639  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5640  *
5641  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5642  */
5643 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5644 {
5645         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5646         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5647
5648         while (addr < end) {
5649                 free_page(addr);
5650                 addr += PAGE_SIZE;
5651         }
5652 }
5653 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5654
5655 /**
5656  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5657  * @offset: The zone index of the highest zone
5658  *
5659  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5660  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5661  * zone, the number of pages is calculated as:
5662  *
5663  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5664  *
5665  * Return: number of pages beyond high watermark.
5666  */
5667 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5668 {
5669         struct zoneref *z;
5670         struct zone *zone;
5671
5672         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5673         unsigned long sum = 0;
5674
5675         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5676
5677         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5678                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5679                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5680                 if (size > high)
5681                         sum += size - high;
5682         }
5683
5684         return sum;
5685 }
5686
5687 /**
5688  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5689  *
5690  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5691  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5692  *
5693  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5694  * ZONE_NORMAL.
5695  */
5696 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5697 {
5698         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5699 }
5700 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5701
5702 static inline void show_node(struct zone *zone)
5703 {
5704         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5705                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5706 }
5707
5708 long si_mem_available(void)
5709 {
5710         long available;
5711         unsigned long pagecache;
5712         unsigned long wmark_low = 0;
5713         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5714         unsigned long reclaimable;
5715         struct zone *zone;
5716         int lru;
5717
5718         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5719                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5720
5721         for_each_zone(zone)
5722                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5723
5724         /*
5725          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5726          * without causing swapping.
5727          */
5728         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5729
5730         /*
5731          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5732          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5733          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5734          */
5735         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5736         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5737         available += pagecache;
5738
5739         /*
5740          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5741          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5742          * low watermark.
5743          */
5744         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5745                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5746         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5747
5748         if (available < 0)
5749                 available = 0;
5750         return available;
5751 }
5752 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5753
5754 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5755 {
5756         val->totalram = totalram_pages();
5757         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5758         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5759         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5760         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5761         val->freehigh = nr_free_highpages();
5762         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5763 }
5764
5765 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5766
5767 #ifdef CONFIG_NUMA
5768 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5769 {
5770         int zone_type;          /* needs to be signed */
5771         unsigned long managed_pages = 0;
5772         unsigned long managed_highpages = 0;
5773         unsigned long free_highpages = 0;
5774         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5775
5776         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5777                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5778         val->totalram = managed_pages;
5779         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5780         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5781 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5782         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5783                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5784
5785                 if (is_highmem(zone)) {
5786                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5787                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5788                 }
5789         }
5790         val->totalhigh = managed_highpages;
5791         val->freehigh = free_highpages;
5792 #else
5793         val->totalhigh = managed_highpages;
5794         val->freehigh = free_highpages;
5795 #endif
5796         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5797 }
5798 #endif
5799
5800 /*
5801  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5802  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5803  */
5804 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5805 {
5806         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5807                 return false;
5808
5809         /*
5810          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5811          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5812          * have to be precise here.
5813          */
5814         if (!nodemask)
5815                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5816
5817         return !node_isset(nid, *nodemask);
5818 }
5819
5820 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5821
5822 static void show_migration_types(unsigned char type)
5823 {
5824         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5825                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5826                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5827                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5828                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5829 #ifdef CONFIG_CMA
5830                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5831 #endif
5832 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5833                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5834 #endif
5835         };
5836         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5837         char *p = tmp;
5838         int i;
5839
5840         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5841                 if (type & (1 << i))
5842                         *p++ = types[i];
5843         }
5844
5845         *p = '\0';
5846         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5847 }
5848
5849 /*
5850  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5851  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5852  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5853  *
5854  * Bits in @filter:
5855  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5856  *   cpuset.
5857  */
5858 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5859 {
5860         unsigned long free_pcp = 0;
5861         int cpu;
5862         struct zone *zone;
5863         pg_data_t *pgdat;
5864
5865         for_each_populated_zone(zone) {
5866                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5867                         continue;
5868
5869                 for_each_online_cpu(cpu)
5870                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5871         }
5872
5873         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5874                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5875                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5876                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5877                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5878                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5879                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5880                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5881                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5882                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5883                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5884                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5885                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5886                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5887                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5888                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5889                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5890                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5891                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5892                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5893                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5894                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5895                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5896                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5897                 free_pcp,
5898                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5899
5900         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5901                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5902                         continue;
5903
5904                 printk("Node %d"
5905                         " active_anon:%lukB"
5906                         " inactive_anon:%lukB"
5907                         " active_file:%lukB"
5908                         " inactive_file:%lukB"
5909                         " unevictable:%lukB"
5910                         " isolated(anon):%lukB"
5911                         " isolated(file):%lukB"
5912                         " mapped:%lukB"
5913                         " dirty:%lukB"
5914                         " writeback:%lukB"
5915                         " shmem:%lukB"
5916 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5917                         " shmem_thp: %lukB"
5918                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5919                         " anon_thp: %lukB"
5920 #endif
5921                         " writeback_tmp:%lukB"
5922                         " kernel_stack:%lukB"
5923 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5924                         " shadow_call_stack:%lukB"
5925 #endif
5926                         " pagetables:%lukB"
5927                         " all_unreclaimable? %s"
5928                         "\n",
5929                         pgdat->node_id,
5930                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5931                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5932                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5933                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5934                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5935                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5936                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5937                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5938                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5939                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5940                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5941 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5942                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5943                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5944                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5945 #endif
5946                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5947                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5948 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5949                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5950 #endif
5951                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5952                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5953                                 "yes" : "no");
5954         }
5955
5956         for_each_populated_zone(zone) {
5957                 int i;
5958
5959                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5960                         continue;
5961
5962                 free_pcp = 0;
5963                 for_each_online_cpu(cpu)
5964                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5965
5966                 show_node(zone);
5967                 printk(KERN_CONT
5968                         "%s"
5969                         " free:%lukB"
5970                         " boost:%lukB"
5971                         " min:%lukB"
5972                         " low:%lukB"
5973                         " high:%lukB"
5974                         " reserved_highatomic:%luKB"
5975                         " active_anon:%lukB"
5976                         " inactive_anon:%lukB"
5977                         " active_file:%lukB"
5978                         " inactive_file:%lukB"
5979                         " unevictable:%lukB"
5980                         " writepending:%lukB"
5981                         " present:%lukB"
5982                         " managed:%lukB"
5983                         " mlocked:%lukB"
5984                         " bounce:%lukB"
5985                         " free_pcp:%lukB"
5986                         " local_pcp:%ukB"
5987                         " free_cma:%lukB"
5988                         "\n",
5989                         zone->name,
5990                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5991                         K(zone->watermark_boost),
5992                         K(min_wmark_pages(zone)),
5993                         K(low_wmark_pages(zone)),
5994                         K(high_wmark_pages(zone)),
5995                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5996                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5997                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5998                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5999                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6000                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6001                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6002                         K(zone->present_pages),
6003                         K(zone_managed_pages(zone)),
6004                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6005                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6006                         K(free_pcp),
6007                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6008                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6009                 printk("lowmem_reserve[]:");
6010                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6011                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6012                 printk(KERN_CONT "\n");
6013         }
6014
6015         for_each_populated_zone(zone) {
6016                 unsigned int order;
6017                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6018                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6019
6020                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6021                         continue;
6022                 show_node(zone);
6023                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6024
6025                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6026                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6027                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6028                         int type;
6029
6030                         nr[order] = area->nr_free;
6031                         total += nr[order] << order;
6032
6033                         types[order] = 0;
6034                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6035                                 if (!free_area_empty(area, type))
6036                                         types[order] |= 1 << type;
6037                         }
6038                 }
6039                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6040                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6041                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6042                                nr[order], K(1UL) << order);
6043                         if (nr[order])
6044                                 show_migration_types(types[order]);
6045                 }
6046                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6047         }
6048
6049         hugetlb_show_meminfo();
6050
6051         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6052
6053         show_swap_cache_info();
6054 }
6055
6056 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6057 {
6058         zoneref->zone = zone;
6059         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6060 }
6061
6062 /*
6063  * Builds allocation fallback zone lists.
6064  *
6065  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6066  */
6067 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6068 {
6069         struct zone *zone;
6070         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6071         int nr_zones = 0;
6072
6073         do {
6074                 zone_type--;
6075                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6076                 if (managed_zone(zone)) {
6077                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6078                         check_highest_zone(zone_type);
6079                 }
6080         } while (zone_type);
6081
6082         return nr_zones;
6083 }
6084
6085 #ifdef CONFIG_NUMA
6086
6087 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6088 {
6089         /*
6090          * We used to support different zonelists modes but they turned
6091          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6092          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6093          * not fail it silently
6094          */
6095         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6096                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6097                 return -EINVAL;
6098         }
6099         return 0;
6100 }
6101
6102 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6103
6104 /*
6105  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6106  */
6107 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6108                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6109 {
6110         if (write)
6111                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6112         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6113 }
6114
6115
6116 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6117 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6118
6119 /**
6120  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6121  * @node: node whose fallback list we're appending
6122  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6123  *
6124  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6125  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6126  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6127  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6128  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6129  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6130  * on them otherwise.
6131  *
6132  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6133  */
6134 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6135 {
6136         int n, val;
6137         int min_val = INT_MAX;
6138         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6139
6140         /* Use the local node if we haven't already */
6141         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6142                 node_set(node, *used_node_mask);
6143                 return node;
6144         }
6145
6146         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6147
6148                 /* Don't want a node to appear more than once */
6149                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6150                         continue;
6151
6152                 /* Use the distance array to find the distance */
6153                 val = node_distance(node, n);
6154
6155                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6156                 val += (n < node);
6157
6158                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6159                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6160                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6161
6162                 /* Slight preference for less loaded node */
6163                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6164                 val += node_load[n];
6165
6166                 if (val < min_val) {
6167                         min_val = val;
6168                         best_node = n;
6169                 }
6170         }
6171
6172         if (best_node >= 0)
6173                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6174
6175         return best_node;
6176 }
6177
6178
6179 /*
6180  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6181  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6182  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6183  */
6184 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6185                 unsigned nr_nodes)
6186 {
6187         struct zoneref *zonerefs;
6188         int i;
6189
6190         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6191
6192         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6193                 int nr_zones;
6194
6195                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6196
6197                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6198                 zonerefs += nr_zones;
6199         }
6200         zonerefs->zone = NULL;
6201         zonerefs->zone_idx = 0;
6202 }
6203
6204 /*
6205  * Build gfp_thisnode zonelists
6206  */
6207 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6208 {
6209         struct zoneref *zonerefs;
6210         int nr_zones;
6211
6212         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6213         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6214         zonerefs += nr_zones;
6215         zonerefs->zone = NULL;
6216         zonerefs->zone_idx = 0;
6217 }
6218
6219 /*
6220  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6221  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6222  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6223  * may still exist in local DMA zone.
6224  */
6225
6226 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6227 {
6228         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6229         int node, load, nr_nodes = 0;
6230         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6231         int local_node, prev_node;
6232
6233         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6234         local_node = pgdat->node_id;
6235         load = nr_online_nodes;
6236         prev_node = local_node;
6237
6238         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6239         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6240                 /*
6241                  * We don't want to pressure a particular node.
6242                  * So adding penalty to the first node in same
6243                  * distance group to make it round-robin.
6244                  */
6245                 if (node_distance(local_node, node) !=
6246                     node_distance(local_node, prev_node))
6247                         node_load[node] += load;
6248
6249                 node_order[nr_nodes++] = node;
6250                 prev_node = node;
6251                 load--;
6252         }
6253
6254         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6255         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6256         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6257         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6258                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6259         pr_cont("\n");
6260 }
6261
6262 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6263 /*
6264  * Return node id of node used for "local" allocations.
6265  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6266  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6267  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6268  */
6269 int local_memory_node(int node)
6270 {
6271         struct zoneref *z;
6272
6273         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6274                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6275                                    NULL);
6276         return zone_to_nid(z->zone);
6277 }
6278 #endif
6279
6280 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6281 static void setup_min_slab_ratio(void);
6282 #else   /* CONFIG_NUMA */
6283
6284 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6285 {
6286         int node, local_node;
6287         struct zoneref *zonerefs;
6288         int nr_zones;
6289
6290         local_node = pgdat->node_id;
6291
6292         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6293         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6294         zonerefs += nr_zones;
6295
6296         /*
6297          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6298          * of all the other nodes.
6299          * We don't want to pressure a particular node, so when
6300          * building the zones for node N, we make sure that the
6301          * zones coming right after the local ones are those from
6302          * node N+1 (modulo N)
6303          */
6304         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6305                 if (!node_online(node))
6306                         continue;
6307                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6308                 zonerefs += nr_zones;
6309         }
6310         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6311                 if (!node_online(node))
6312                         continue;
6313                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6314                 zonerefs += nr_zones;
6315         }
6316
6317         zonerefs->zone = NULL;
6318         zonerefs->zone_idx = 0;
6319 }
6320
6321 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6322
6323 /*
6324  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6325  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6326  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6327  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6328  * with interrupts disabled.
6329  *
6330  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6331  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6332  * hotplugged processors.
6333  *
6334  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6335  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6336  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6337  */
6338 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6339 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6340 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6341 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6342 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6343 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6344 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6345
6346 static void __build_all_zonelists(void *data)
6347 {
6348         int nid;
6349         int __maybe_unused cpu;
6350         pg_data_t *self = data;
6351         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6352
6353         spin_lock(&lock);
6354
6355 #ifdef CONFIG_NUMA
6356         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6357 #endif
6358
6359         /*
6360          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6361          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6362          */
6363         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6364                 build_zonelists(self);
6365         } else {
6366                 for_each_online_node(nid) {
6367                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6368
6369                         build_zonelists(pgdat);
6370                 }
6371
6372 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6373                 /*
6374                  * We now know the "local memory node" for each node--
6375                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6376                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6377                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6378                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6379                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6380                  */
6381                 for_each_online_cpu(cpu)
6382                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6383 #endif
6384         }
6385
6386         spin_unlock(&lock);
6387 }
6388
6389 static noinline void __init
6390 build_all_zonelists_init(void)
6391 {
6392         int cpu;
6393
6394         __build_all_zonelists(NULL);
6395
6396         /*
6397          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6398          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6399          * each zone will be allocated later when the per cpu
6400          * allocator is available.
6401          *
6402          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6403          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6404          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6405          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6406          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6407          * (a chicken-egg dilemma).
6408          */
6409         for_each_possible_cpu(cpu)
6410                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6411
6412         mminit_verify_zonelist();
6413         cpuset_init_current_mems_allowed();
6414 }
6415
6416 /*
6417  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6418  *
6419  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6420  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6421  */
6422 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6423 {
6424         unsigned long vm_total_pages;
6425
6426         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6427                 build_all_zonelists_init();
6428         } else {
6429                 __build_all_zonelists(pgdat);
6430                 /* cpuset refresh routine should be here */
6431         }
6432         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6433         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6434         /*
6435          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6436          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6437          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6438          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6439          * disabled and enable it later
6440          */
6441         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6442                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6443         else
6444                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6445
6446         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6447                 nr_online_nodes,
6448                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6449                 vm_total_pages);
6450 #ifdef CONFIG_NUMA
6451         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6452 #endif
6453 }
6454
6455 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6456 static bool __meminit
6457 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6458 {
6459         static struct memblock_region *r;
6460
6461         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6462                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6463                         for_each_mem_region(r) {
6464                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6465                                         break;
6466                         }
6467                 }
6468                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6469                     memblock_is_mirror(r)) {
6470                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6471                         return true;
6472                 }
6473         }
6474         return false;
6475 }
6476
6477 /*
6478  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6479  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6480  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6481  *
6482  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6483  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6484  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6485  */
6486 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6487                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6488                 enum meminit_context context,
6489                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6490 {
6491         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6492         struct page *page;
6493
6494         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6495                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6496
6497 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6498         /*
6499          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6500          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6501          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6502          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6503          * the hotplug lock.
6504          */
6505         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6506                 if (!altmap)
6507                         return;
6508
6509                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6510                         start_pfn += altmap->reserve;
6511                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6512         }
6513 #endif
6514
6515         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6516                 /*
6517                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6518                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6519                  */
6520                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6521                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6522                                 continue;
6523                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6524                                 break;
6525                 }
6526
6527                 page = pfn_to_page(pfn);
6528                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6529                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6530                         __SetPageReserved(page);
6531
6532                 /*
6533                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6534                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6535                  * over the place during system boot.
6536                  */
6537                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6538                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6539                         cond_resched();
6540                 }
6541                 pfn++;
6542         }
6543 }
6544
6545 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6546 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6547                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6548                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6549 {
6550
6551         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6552
6553         /*
6554          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6555          * phase for it to be fully associated with a zone.
6556          *
6557          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6558          * the flag as we are still initializing the pages.
6559          */
6560         __SetPageReserved(page);
6561
6562         /*
6563          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6564          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6565          * ever freed or placed on a driver-private list.
6566          */
6567         page->pgmap = pgmap;
6568         page->zone_device_data = NULL;
6569
6570         /*
6571          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6572          * movable at startup. This will force kernel allocations
6573          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6574          * the address space during boot when many long-lived
6575          * kernel allocations are made.
6576          *
6577          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6578          * because this is done early in section_activate()
6579          */
6580         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6581                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6582                 cond_resched();
6583         }
6584 }
6585
6586 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6587                                        unsigned long head_pfn,
6588                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6589                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6590                                        unsigned long nr_pages)
6591 {
6592         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6593         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6594
6595         __SetPageHead(head);
6596         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6597                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6598
6599                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6600                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6601                 set_page_count(page, 0);
6602
6603                 /*
6604                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6605                  * compound_order() and the second tail page stores
6606                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6607                  * the first and second tail pages have been initialized to
6608                  * not have the data overwritten.
6609                  */
6610                 if (pfn == head_pfn + 2)
6611                         prep_compound_head(head, order);
6612         }
6613 }
6614
6615 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6616                                    unsigned long start_pfn,
6617                                    unsigned long nr_pages,
6618                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6619 {
6620         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6621         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6622         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6623         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6624         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6625         unsigned long start = jiffies;
6626         int nid = pgdat->node_id;
6627
6628         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6629                 return;
6630
6631         /*
6632          * The call to memmap_init should have already taken care
6633          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6634          * the end of that region and start processing the device pages.
6635          */
6636         if (altmap) {
6637                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6638                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6639         }
6640
6641         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6642                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6643
6644                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6645
6646                 if (pfns_per_compound == 1)
6647                         continue;
6648
6649                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6650                                      pfns_per_compound);
6651         }
6652
6653         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6654                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6655 }
6656
6657 #endif
6658 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6659 {
6660         unsigned int order, t;
6661         for_each_migratetype_order(order, t) {
6662                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6663                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6664         }
6665 }
6666
6667 /*
6668  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6669  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6670  * memmap_init_zone_range().
6671  *
6672  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6673  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6674  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6675  *   arbitrary section size
6676  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6677  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6678  *   nicely with memmap sections
6679  *
6680  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6681  * - PG_Reserved is set
6682  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6683  *   hole is in the middle of a zone
6684  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6685  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6686  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6687  *   section that will be appended to the zone/node below.
6688  */
6689 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6690                                           unsigned long epfn,
6691                                           int zone, int node)
6692 {
6693         unsigned long pfn;
6694         u64 pgcnt = 0;
6695
6696         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6697                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6698                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6699                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6700                         continue;
6701                 }
6702                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6703                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6704                 pgcnt++;
6705         }
6706
6707         if (pgcnt)
6708                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6709                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6710 }
6711
6712 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6713                                           unsigned long start_pfn,
6714                                           unsigned long end_pfn,
6715                                           unsigned long *hole_pfn)
6716 {
6717         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6718         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6719         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6720
6721         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6722         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6723
6724         if (start_pfn >= end_pfn)
6725                 return;
6726
6727         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6728                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6729
6730         if (*hole_pfn < start_pfn)
6731                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6732
6733         *hole_pfn = end_pfn;
6734 }
6735
6736 static void __init memmap_init(void)
6737 {
6738         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6739         unsigned long hole_pfn = 0;
6740         int i, j, zone_id = 0, nid;
6741
6742         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6743                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6744
6745                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6746                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6747
6748                         if (!populated_zone(zone))
6749                                 continue;
6750
6751                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6752                                                &hole_pfn);
6753                         zone_id = j;
6754                 }
6755         }
6756
6757 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6758         /*
6759          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6760          * section_end].
6761          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6762          * node.
6763          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6764          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6765          * for FLATMEM it is a nop anyway
6766          */
6767         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6768         if (hole_pfn < end_pfn)
6769 #endif
6770                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6771 }
6772
6773 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6774                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6775 {
6776         void *ptr;
6777
6778         if (exact_nid)
6779                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6780                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6781                                                    nid);
6782         else
6783                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6784                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6785                                                  nid);
6786
6787         if (ptr && size > 0)
6788                 page_init_poison(ptr, size);
6789
6790         return ptr;
6791 }
6792
6793 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6794 {
6795 #ifdef CONFIG_MMU
6796         int batch;
6797
6798         /*
6799          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6800          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6801          * size is striking a balance between allocation latency
6802          * and zone lock contention.
6803          */
6804         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6805         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6806         if (batch < 1)
6807                 batch = 1;
6808
6809         /*
6810          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6811          * of 2 value was found to be more likely to have
6812          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6813          *
6814          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6815          * batches of pages, one task can end up with a lot
6816          * of pages of one half of the possible page colors
6817          * and the other with pages of the other colors.
6818          */
6819         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6820
6821         return batch;
6822
6823 #else
6824         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6825          * conditions.
6826          *
6827          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6828          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6829          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6830          *
6831          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6832          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6833          * can be a significant delay between the individual batches being
6834          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6835          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6836          */
6837         return 0;
6838 #endif
6839 }
6840
6841 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6842 {
6843 #ifdef CONFIG_MMU
6844         int high;
6845         int nr_split_cpus;
6846         unsigned long total_pages;
6847
6848         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6849                 /*
6850                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6851                  * low watermark so that if they are full then background
6852                  * reclaim will not be started prematurely.
6853                  */
6854                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6855         } else {
6856                 /*
6857                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6858                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6859                  * zone.
6860                  */
6861                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6862         }
6863
6864         /*
6865          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6866          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6867          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6868          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6869          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6870          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6871          */
6872         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6873         if (!nr_split_cpus)
6874                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6875         high = total_pages / nr_split_cpus;
6876
6877         /*
6878          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6879          * historical relationship between high and batch.
6880          */
6881         high = max(high, batch << 2);
6882
6883         return high;
6884 #else
6885         return 0;
6886 #endif
6887 }
6888
6889 /*
6890  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6891  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6892  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6893  *
6894  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6895  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6896  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6897  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6898  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6899  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6900  *
6901  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6902  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6903  * exist).
6904  */
6905 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6906                 unsigned long batch)
6907 {
6908         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6909         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6910 }
6911
6912 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6913 {
6914         int pindex;
6915
6916         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6917         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6918
6919         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6920                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6921
6922         /*
6923          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6924          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6925          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6926          * pageset yet.
6927          */
6928         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6929         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6930         pcp->free_factor = 0;
6931 }
6932
6933 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6934                 unsigned long batch)
6935 {
6936         struct per_cpu_pages *pcp;
6937         int cpu;
6938
6939         for_each_possible_cpu(cpu) {
6940                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6941                 pageset_update(pcp, high, batch);
6942         }
6943 }
6944
6945 /*
6946  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6947  * zone based on the zone's size.
6948  */
6949 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6950 {
6951         int new_high, new_batch;
6952
6953         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6954         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6955
6956         if (zone->pageset_high == new_high &&
6957             zone->pageset_batch == new_batch)
6958                 return;
6959
6960         zone->pageset_high = new_high;
6961         zone->pageset_batch = new_batch;
6962
6963         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6964 }
6965
6966 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6967 {
6968         int cpu;
6969
6970         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6971         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6972                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6973
6974         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6975         for_each_possible_cpu(cpu) {
6976                 struct per_cpu_pages *pcp;
6977                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6978
6979                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6980                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6981                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6982         }
6983
6984         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6985 }
6986
6987 /*
6988  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6989  * Before this call only boot pagesets were available.
6990  */
6991 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6992 {
6993         struct pglist_data *pgdat;
6994         struct zone *zone;
6995         int __maybe_unused cpu;
6996
6997         for_each_populated_zone(zone)
6998                 setup_zone_pageset(zone);
6999
7000 #ifdef CONFIG_NUMA
7001         /*
7002          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7003          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7004          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7005          * the nodes these zones are associated with.
7006          */
7007         for_each_possible_cpu(cpu) {
7008                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7009                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7010                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7011         }
7012 #endif
7013
7014         for_each_online_pgdat(pgdat)
7015                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7016                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7017 }
7018
7019 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7020 {
7021         /*
7022          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7023          * relies on the ability of the linker to provide the
7024          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7025          */
7026         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7027         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7028         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7029         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7030
7031         if (populated_zone(zone))
7032                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7033                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7034 }
7035
7036 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7037                                         unsigned long zone_start_pfn,
7038                                         unsigned long size)
7039 {
7040         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7041         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7042
7043         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7044                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7045
7046         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7047
7048         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7049                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7050                         pgdat->node_id,
7051                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7052                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7053
7054         zone_init_free_lists(zone);
7055         zone->initialized = 1;
7056 }
7057
7058 /**
7059  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7060  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7061  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7062  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7063  *
7064  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7065  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7066  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7067  * PFNs will be 0.
7068  */
7069 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7070                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7071 {
7072         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7073         int i;
7074
7075         *start_pfn = -1UL;
7076         *end_pfn = 0;
7077
7078         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7079                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7080                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7081         }
7082
7083         if (*start_pfn == -1UL)
7084                 *start_pfn = 0;
7085 }
7086
7087 /*
7088  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7089  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7090  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7091  */
7092 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7093 {
7094         int zone_index;
7095         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7096                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7097                         continue;
7098
7099                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7100                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7101                         break;
7102         }
7103
7104         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7105         movable_zone = zone_index;
7106 }
7107
7108 /*
7109  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7110  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7111  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7112  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7113  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7114  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7115  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7116  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7117  */
7118 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7119                                         unsigned long zone_type,
7120                                         unsigned long node_start_pfn,
7121                                         unsigned long node_end_pfn,
7122                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7123                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7124 {
7125         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7126         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7127                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7128                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7129                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7130                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7131                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7132
7133                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7134                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7135                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7136                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7137                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7138
7139                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7140                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7141                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7142         }
7143 }
7144
7145 /*
7146  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7147  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7148  */
7149 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7150                                         unsigned long zone_type,
7151                                         unsigned long node_start_pfn,
7152                                         unsigned long node_end_pfn,
7153                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7154                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7155 {
7156         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7157         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7158         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7159         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7160                 return 0;
7161
7162         /* Get the start and end of the zone */
7163         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7164         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7165         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7166                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7167                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7168
7169         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7170         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7171                 return 0;
7172
7173         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7174         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7175         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7176
7177         /* Return the spanned pages */
7178         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7179 }
7180
7181 /*
7182  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7183  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7184  */
7185 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7186                                 unsigned long range_start_pfn,
7187                                 unsigned long range_end_pfn)
7188 {
7189         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7190         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7191         int i;
7192
7193         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7194                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7195                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7196                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7197         }
7198         return nr_absent;
7199 }
7200
7201 /**
7202  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7203  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7204  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7205  *
7206  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7207  */
7208 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7209                                                         unsigned long end_pfn)
7210 {
7211         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7212 }
7213
7214 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7215 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7216                                         unsigned long zone_type,
7217                                         unsigned long node_start_pfn,
7218                                         unsigned long node_end_pfn)
7219 {
7220         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7221         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7222         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7223         unsigned long nr_absent;
7224
7225         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7226         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7227                 return 0;
7228
7229         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7230         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7231
7232         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7233                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7234                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7235         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7236
7237         /*
7238          * ZONE_MOVABLE handling.
7239          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7240          * and vice versa.
7241          */
7242         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7243                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7244                 struct memblock_region *r;
7245
7246                 for_each_mem_region(r) {
7247                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7248                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7249                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7250                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7251
7252                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7253                             memblock_is_mirror(r))
7254                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7255
7256                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7257                             !memblock_is_mirror(r))
7258                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7259                 }
7260         }
7261
7262         return nr_absent;
7263 }
7264
7265 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7266                                                 unsigned long node_start_pfn,
7267                                                 unsigned long node_end_pfn)
7268 {
7269         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7270         enum zone_type i;
7271
7272         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7273                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7274                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7275                 unsigned long spanned, absent;
7276                 unsigned long size, real_size;
7277
7278                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7279                                                      node_start_pfn,
7280                                                      node_end_pfn,
7281                                                      &zone_start_pfn,
7282                                                      &zone_end_pfn);
7283                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7284                                                    node_start_pfn,
7285                                                    node_end_pfn);
7286
7287                 size = spanned;
7288                 real_size = size - absent;
7289
7290                 if (size)
7291                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7292                 else
7293                         zone->zone_start_pfn = 0;
7294                 zone->spanned_pages = size;
7295                 zone->present_pages = real_size;
7296 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7297                 zone->present_early_pages = real_size;
7298 #endif
7299
7300                 totalpages += size;
7301                 realtotalpages += real_size;
7302         }
7303
7304         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7305         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7306         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7307 }
7308
7309 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7310 /*
7311  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7312  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7313  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7314  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7315  * bytes.
7316  */
7317 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7318 {
7319         unsigned long usemapsize;
7320
7321         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7322         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7323         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7324         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7325         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7326
7327         return usemapsize / 8;
7328 }
7329
7330 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7331 {
7332         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7333                                                zone->spanned_pages);
7334         zone->pageblock_flags = NULL;
7335         if (usemapsize) {
7336                 zone->pageblock_flags =
7337                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7338                                             zone_to_nid(zone));
7339                 if (!zone->pageblock_flags)
7340                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7341                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7342         }
7343 }
7344 #else
7345 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7346 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7347
7348 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7349
7350 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7351 void __init set_pageblock_order(void)
7352 {
7353         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7354
7355         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7356         if (pageblock_order)
7357                 return;
7358
7359         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7360         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7361                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7362
7363         /*
7364          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7365          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7366          * powerpc.
7367          */
7368         pageblock_order = order;
7369 }
7370 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7371
7372 /*
7373  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7374  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7375  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7376  * the kernel config
7377  */
7378 void __init set_pageblock_order(void)
7379 {
7380 }
7381
7382 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7383
7384 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7385                                                 unsigned long present_pages)
7386 {
7387         unsigned long pages = spanned_pages;
7388
7389         /*
7390          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7391          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7392          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7393          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7394          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7395          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7396          */
7397         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7398             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7399                 pages = present_pages;
7400
7401         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7402 }
7403
7404 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7405 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7406 {
7407         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7408
7409         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7410         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7411         ds_queue->split_queue_len = 0;
7412 }
7413 #else
7414 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7415 #endif
7416
7417 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7418 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7419 {
7420         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7421 }
7422 #else
7423 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7424 #endif
7425
7426 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7427 {
7428         int i;
7429
7430         pgdat_resize_init(pgdat);
7431
7432         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7433         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7434
7435         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7436         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7437
7438         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7439                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7440
7441         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7442         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7443 }
7444
7445 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7446                                                         unsigned long remaining_pages)
7447 {
7448         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7449         zone_set_nid(zone, nid);
7450         zone->name = zone_names[idx];
7451         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7452         spin_lock_init(&zone->lock);
7453         zone_seqlock_init(zone);
7454         zone_pcp_init(zone);
7455 }
7456
7457 /*
7458  * Set up the zone data structures
7459  * - init pgdat internals
7460  * - init all zones belonging to this node
7461  *
7462  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7463  */
7464 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7465 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7466 {
7467         enum zone_type z;
7468         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7469
7470         pgdat_init_internals(pgdat);
7471         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7472                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7473 }
7474 #endif
7475
7476 /*
7477  * Set up the zone data structures:
7478  *   - mark all pages reserved
7479  *   - mark all memory queues empty
7480  *   - clear the memory bitmaps
7481  *
7482  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7483  * NOTE: this function is only called during early init.
7484  */
7485 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7486 {
7487         enum zone_type j;
7488         int nid = pgdat->node_id;
7489
7490         pgdat_init_internals(pgdat);
7491         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7492
7493         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7494                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7495                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7496
7497                 size = zone->spanned_pages;
7498                 freesize = zone->present_pages;
7499
7500                 /*
7501                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7502                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7503                  * and per-cpu initialisations
7504                  */
7505                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7506                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7507                         if (freesize >= memmap_pages) {
7508                                 freesize -= memmap_pages;
7509                                 if (memmap_pages)
7510                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7511                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7512                         } else
7513                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7514                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7515                 }
7516
7517                 /* Account for reserved pages */
7518                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7519                         freesize -= dma_reserve;
7520                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7521                 }
7522
7523                 if (!is_highmem_idx(j))
7524                         nr_kernel_pages += freesize;
7525                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7526                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7527                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7528                 nr_all_pages += freesize;
7529
7530                 /*
7531                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7532                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7533                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7534                  */
7535                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7536
7537                 if (!size)
7538                         continue;
7539
7540                 set_pageblock_order();
7541                 setup_usemap(zone);
7542                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7543         }
7544 }
7545
7546 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7547 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7548 {
7549         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7550         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7551
7552         /* Skip empty nodes */
7553         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7554                 return;
7555
7556         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7557         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7558         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7559         if (!pgdat->node_mem_map) {
7560                 unsigned long size, end;
7561                 struct page *map;
7562
7563                 /*
7564                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7565                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7566                  * for the buddy allocator to function correctly.
7567                  */
7568                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7569                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7570                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7571                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7572                                    pgdat->node_id, false);
7573                 if (!map)
7574                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7575                               size, pgdat->node_id);
7576                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7577         }
7578         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7579                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7580                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7581 #ifndef CONFIG_NUMA
7582         /*
7583          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7584          */
7585         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7586                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7587                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7588                         mem_map -= offset;
7589         }
7590 #endif
7591 }
7592 #else
7593 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7594 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7595
7596 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7597 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7598 {
7599         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7600 }
7601 #else
7602 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7603 #endif
7604
7605 static void __init free_area_init_node(int nid)
7606 {
7607         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7608         unsigned long start_pfn = 0;
7609         unsigned long end_pfn = 0;
7610
7611         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7612         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7613
7614         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7615
7616         pgdat->node_id = nid;
7617         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7618         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7619
7620         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7621                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7622                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7623         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7624
7625         alloc_node_mem_map(pgdat);
7626         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7627
7628         free_area_init_core(pgdat);
7629 }
7630
7631 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7632 {
7633         free_area_init_node(nid);
7634 }
7635
7636 #if MAX_NUMNODES > 1
7637 /*
7638  * Figure out the number of possible node ids.
7639  */
7640 void __init setup_nr_node_ids(void)
7641 {
7642         unsigned int highest;
7643
7644         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7645         nr_node_ids = highest + 1;
7646 }
7647 #endif
7648
7649 /**
7650  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7651  *
7652  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7653  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7654  * all the nodes.
7655  *
7656  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7657  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7658  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7659  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7660  *
7661  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7662  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7663  * populated node map.
7664  *
7665  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7666  * requirement (single node).
7667  */
7668 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7669 {
7670         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7671         unsigned long start, end, mask;
7672         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7673         int i, nid;
7674
7675         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7676                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7677                         last_nid = nid;
7678                         last_end = end;
7679                         continue;
7680                 }
7681
7682                 /*
7683                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7684                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7685                  * too coarse to separate the current node from the last.
7686                  */
7687                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7688                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7689                         mask <<= 1;
7690
7691                 /* accumulate all internode masks */
7692                 accl_mask |= mask;
7693         }
7694
7695         /* convert mask to number of pages */
7696         return ~accl_mask + 1;
7697 }
7698
7699 /**
7700  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7701  *
7702  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7703  * memblock_set_node().
7704  */
7705 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7706 {
7707         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7708 }
7709
7710 /*
7711  * early_calculate_totalpages()
7712  * Sum pages in active regions for movable zone.
7713  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7714  */
7715 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7716 {
7717         unsigned long totalpages = 0;
7718         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7719         int i, nid;
7720
7721         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7722                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7723
7724                 totalpages += pages;
7725                 if (pages)
7726                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7727         }
7728         return totalpages;
7729 }
7730
7731 /*
7732  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7733  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7734  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7735  * others
7736  */
7737 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7738 {
7739         int i, nid;
7740         unsigned long usable_startpfn;
7741         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7742         /* save the state before borrow the nodemask */
7743         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7744         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7745         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7746         struct memblock_region *r;
7747
7748         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7749         find_usable_zone_for_movable();
7750
7751         /*
7752          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7753          * options.
7754          */
7755         if (movable_node_is_enabled()) {
7756                 for_each_mem_region(r) {
7757                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7758                                 continue;
7759
7760                         nid = memblock_get_region_node(r);
7761
7762                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7763                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7764                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7765                                 usable_startpfn;
7766                 }
7767
7768                 goto out2;
7769         }
7770
7771         /*
7772          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7773          */
7774         if (mirrored_kernelcore) {
7775                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7776
7777                 for_each_mem_region(r) {
7778                         if (memblock_is_mirror(r))
7779                                 continue;
7780
7781                         nid = memblock_get_region_node(r);
7782
7783                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7784
7785                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7786                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7787                                 continue;
7788                         }
7789
7790                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7791                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7792                                 usable_startpfn;
7793                 }
7794
7795                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7796                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7797
7798                 goto out2;
7799         }
7800
7801         /*
7802          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7803          * amount of necessary memory.
7804          */
7805         if (required_kernelcore_percent)
7806                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7807                                        10000UL;
7808         if (required_movablecore_percent)
7809                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7810                                         10000UL;
7811
7812         /*
7813          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7814          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7815          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7816          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7817          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7818          * what movablecore would have allowed.
7819          */
7820         if (required_movablecore) {
7821                 unsigned long corepages;
7822
7823                 /*
7824                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7825                  * was requested by the user
7826                  */
7827                 required_movablecore =
7828                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7829                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7830                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7831
7832                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7833         }
7834
7835         /*
7836          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7837          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7838          */
7839         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7840                 goto out;
7841
7842         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7843         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7844
7845 restart:
7846         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7847         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7848         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7849                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7850
7851                 /*
7852                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7853                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7854                  * amount of memory for the kernel
7855                  */
7856                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7857                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7858
7859                 /*
7860                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7861                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7862                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7863                  */
7864                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7865
7866                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7867                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7868                         unsigned long size_pages;
7869
7870                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7871                         if (start_pfn >= end_pfn)
7872                                 continue;
7873
7874                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7875                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7876                                 unsigned long kernel_pages;
7877                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7878                                                                 - start_pfn;
7879
7880                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7881                                                         kernelcore_remaining);
7882                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7883                                                         required_kernelcore);
7884
7885                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7886                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7887
7888                                         /*
7889                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7890                                          * that if we have to rebalance
7891                                          * kernelcore across nodes, we will
7892                                          * not double account here
7893                                          */
7894                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7895                                         continue;
7896                                 }
7897                                 start_pfn = usable_startpfn;
7898                         }
7899
7900                         /*
7901                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7902                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7903                          * number of pages used as kernelcore
7904                          */
7905                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7906                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7907                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7908                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7909
7910                         /*
7911                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7912                          * break if the kernelcore for this node has been
7913                          * satisfied
7914                          */
7915                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7916                                                                 size_pages);
7917                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7918                         if (!kernelcore_remaining)
7919                                 break;
7920                 }
7921         }
7922
7923         /*
7924          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7925          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7926          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7927          * satisfied
7928          */
7929         usable_nodes--;
7930         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7931                 goto restart;
7932
7933 out2:
7934         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7935         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7936                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7937
7938                 zone_movable_pfn[nid] =
7939                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7940
7941                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7942                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7943                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7944         }
7945
7946 out:
7947         /* restore the node_state */
7948         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7949 }
7950
7951 /* Any regular or high memory on that node ? */
7952 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7953 {
7954         enum zone_type zone_type;
7955
7956         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7957                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7958                 if (populated_zone(zone)) {
7959                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7960                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7961                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7962                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7963                         break;
7964                 }
7965         }
7966 }
7967
7968 /*
7969  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7970  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7971  */
7972 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7973 {
7974         return false;
7975 }
7976
7977 /**
7978  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7979  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7980  *
7981  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7982  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7983  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7984  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7985  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7986  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7987  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7988  * at arch_max_dma_pfn.
7989  */
7990 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7991 {
7992         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7993         int i, nid, zone;
7994         bool descending;
7995
7996         /* Record where the zone boundaries are */
7997         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7998                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7999         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8000                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8001
8002         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8003         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8004
8005         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8006                 if (descending)
8007                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8008                 else
8009                         zone = i;
8010
8011                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8012                         continue;
8013
8014                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8015                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8016                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8017
8018                 start_pfn = end_pfn;
8019         }
8020
8021         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8022         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8023         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8024
8025         /* Print out the zone ranges */
8026         pr_info("Zone ranges:\n");
8027         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8028                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8029                         continue;
8030                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8031                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8032                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8033                         pr_cont("empty\n");
8034                 else
8035                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8036                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8037                                         << PAGE_SHIFT,
8038                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8039                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8040         }
8041
8042         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8043         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8044         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8045                 if (zone_movable_pfn[i])
8046                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8047                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8048         }
8049
8050         /*
8051          * Print out the early node map, and initialize the
8052          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8053          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8054          */
8055         pr_info("Early memory node ranges\n");
8056         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8057                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8058                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8059                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8060                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8061         }
8062
8063         /* Initialise every node */
8064         mminit_verify_pageflags_layout();
8065         setup_nr_node_ids();
8066         for_each_online_node(nid) {
8067                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8068                 free_area_init_node(nid);
8069
8070                 /* Any memory on that node */
8071                 if (pgdat->node_present_pages)
8072                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8073                 check_for_memory(pgdat, nid);
8074         }
8075
8076         memmap_init();
8077 }
8078
8079 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8080                                      unsigned long *percent)
8081 {
8082         unsigned long long coremem;
8083         char *endptr;
8084
8085         if (!p)
8086                 return -EINVAL;
8087
8088         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8089         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8090         if (*endptr == '%') {
8091                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8092                 WARN_ON(coremem > 100);
8093
8094                 *percent = coremem;
8095         } else {
8096                 coremem = memparse(p, &p);
8097                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8098                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8099
8100                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8101                 *percent = 0UL;
8102         }
8103         return 0;
8104 }
8105
8106 /*
8107  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8108  * cannot be reclaimed or migrated.
8109  */
8110 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8111 {
8112         /* parse kernelcore=mirror */
8113         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8114                 mirrored_kernelcore = true;
8115                 return 0;
8116         }
8117
8118         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8119                                   &required_kernelcore_percent);
8120 }
8121
8122 /*
8123  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8124  * can be reclaimed or migrated.
8125  */
8126 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8127 {
8128         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8129                                   &required_movablecore_percent);
8130 }
8131
8132 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8133 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8134
8135 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8136 {
8137         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8138         totalram_pages_add(count);
8139 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8140         if (PageHighMem(page))
8141                 totalhigh_pages_add(count);
8142 #endif
8143 }
8144 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8145
8146 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8147 {
8148         void *pos;
8149         unsigned long pages = 0;
8150
8151         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8152         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8153         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8154                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8155                 void *direct_map_addr;
8156
8157                 /*
8158                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8159                  * because some architectures' virt_to_page()
8160                  * work with aliases.  Getting the direct map
8161                  * address ensures that we get a _writeable_
8162                  * alias for the memset().
8163                  */
8164                 direct_map_addr = page_address(page);
8165                 /*
8166                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8167                  * has not been initialized.
8168                  */
8169                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8170                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8171                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8172
8173                 free_reserved_page(page);
8174         }
8175
8176         if (pages && s)
8177                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8178
8179         return pages;
8180 }
8181
8182 void __init mem_init_print_info(void)
8183 {
8184         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8185         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8186
8187         physpages = get_num_physpages();
8188         codesize = _etext - _stext;
8189         datasize = _edata - _sdata;
8190         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8191         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8192         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8193         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8194
8195         /*
8196          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8197          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8198          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8199          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8200          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8201          */
8202 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8203         do { \
8204                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8205                         size -= adj; \
8206         } while (0)
8207
8208         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8209                      _sinittext, init_code_size);
8210         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8211         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8212         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8213         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8214
8215 #undef  adj_init_size
8216
8217         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8218 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8219                 ", %luK highmem"
8220 #endif
8221                 ")\n",
8222                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8223                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8224                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8225                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8226                 K(totalcma_pages)
8227 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8228                 , K(totalhigh_pages())
8229 #endif
8230                 );
8231 }
8232
8233 /**
8234  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8235  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8236  *
8237  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8238  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8239  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8240  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8241  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8242  * smaller per-cpu batchsize.
8243  */
8244 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8245 {
8246         dma_reserve = new_dma_reserve;
8247 }
8248
8249 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8250 {
8251         struct zone *zone;
8252
8253         lru_add_drain_cpu(cpu);
8254         drain_pages(cpu);
8255
8256         /*
8257          * Spill the event counters of the dead processor
8258          * into the current processors event counters.
8259          * This artificially elevates the count of the current
8260          * processor.
8261          */
8262         vm_events_fold_cpu(cpu);
8263
8264         /*
8265          * Zero the differential counters of the dead processor
8266          * so that the vm statistics are consistent.
8267          *
8268          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8269          * race with what we are doing.
8270          */
8271         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8272
8273         for_each_populated_zone(zone)
8274                 zone_pcp_update(zone, 0);
8275
8276         return 0;
8277 }
8278
8279 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8280 {
8281         struct zone *zone;
8282
8283         for_each_populated_zone(zone)
8284                 zone_pcp_update(zone, 1);
8285         return 0;
8286 }
8287
8288 #ifdef CONFIG_NUMA
8289 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8290
8291 static int __init set_hashdist(char *str)
8292 {
8293         if (!str)
8294                 return 0;
8295         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8296         return 1;
8297 }
8298 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8299 #endif
8300
8301 void __init page_alloc_init(void)
8302 {
8303         int ret;
8304
8305 #ifdef CONFIG_NUMA
8306         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8307                 hashdist = 0;
8308 #endif
8309
8310         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8311                                         "mm/page_alloc:pcp",
8312                                         page_alloc_cpu_online,
8313                                         page_alloc_cpu_dead);
8314         WARN_ON(ret < 0);
8315 }
8316
8317 /*
8318  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8319  *      or min_free_kbytes changes.
8320  */
8321 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8322 {
8323         struct pglist_data *pgdat;
8324         unsigned long reserve_pages = 0;
8325         enum zone_type i, j;
8326
8327         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8328
8329                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8330
8331                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8332                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8333                         long max = 0;
8334                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8335
8336                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8337                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8338                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8339                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8340                         }
8341
8342                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8343                         max += high_wmark_pages(zone);
8344
8345                         if (max > managed_pages)
8346                                 max = managed_pages;
8347
8348                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8349
8350                         reserve_pages += max;
8351                 }
8352         }
8353         totalreserve_pages = reserve_pages;
8354 }
8355
8356 /*
8357  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8358  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8359  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8360  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8361  */
8362 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8363 {
8364         struct pglist_data *pgdat;
8365         enum zone_type i, j;
8366
8367         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8368                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8369                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8370                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8371                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8372                         unsigned long managed_pages = 0;
8373
8374                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8375                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8376
8377                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8378
8379                                 if (clear)
8380                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8381                                 else
8382                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8383                         }
8384                 }
8385         }
8386
8387         /* update totalreserve_pages */
8388         calculate_totalreserve_pages();
8389 }
8390
8391 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8392 {
8393         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8394         unsigned long lowmem_pages = 0;
8395         struct zone *zone;
8396         unsigned long flags;
8397
8398         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8399         for_each_zone(zone) {
8400                 if (!is_highmem(zone))
8401                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8402         }
8403
8404         for_each_zone(zone) {
8405                 u64 tmp;
8406
8407                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8408                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8409                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8410                 if (is_highmem(zone)) {
8411                         /*
8412                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8413                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8414                          * value here.
8415                          *
8416                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8417                          * deltas control async page reclaim, and so should
8418                          * not be capped for highmem.
8419                          */
8420                         unsigned long min_pages;
8421
8422                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8423                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8424                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8425                 } else {
8426                         /*
8427                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8428                          * proportionate to the zone's size.
8429                          */
8430                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8431                 }
8432
8433                 /*
8434                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8435                  * scale factor in proportion to available memory, but
8436                  * ensure a minimum size on small systems.
8437                  */
8438                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8439                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8440                                       watermark_scale_factor, 10000));
8441
8442                 zone->watermark_boost = 0;
8443                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8444                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8445
8446                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8447         }
8448
8449         /* update totalreserve_pages */
8450         calculate_totalreserve_pages();
8451 }
8452
8453 /**
8454  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8455  * or when memory is hot-{added|removed}
8456  *
8457  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8458  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8459  */
8460 void setup_per_zone_wmarks(void)
8461 {
8462         struct zone *zone;
8463         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8464
8465         spin_lock(&lock);
8466         __setup_per_zone_wmarks();
8467         spin_unlock(&lock);
8468
8469         /*
8470          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8471          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8472          */
8473         for_each_zone(zone)
8474                 zone_pcp_update(zone, 0);
8475 }
8476
8477 /*
8478  * Initialise min_free_kbytes.
8479  *
8480  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8481  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8482  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8483  *
8484  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8485  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8486  *
8487  * which yields
8488  *
8489  * 16MB:        512k
8490  * 32MB:        724k
8491  * 64MB:        1024k
8492  * 128MB:       1448k
8493  * 256MB:       2048k
8494  * 512MB:       2896k
8495  * 1024MB:      4096k
8496  * 2048MB:      5792k
8497  * 4096MB:      8192k
8498  * 8192MB:      11584k
8499  * 16384MB:     16384k
8500  */
8501 void calculate_min_free_kbytes(void)
8502 {
8503         unsigned long lowmem_kbytes;
8504         int new_min_free_kbytes;
8505
8506         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8507         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8508
8509         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8510                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8511         else
8512                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8513                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8514
8515 }
8516
8517 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8518 {
8519         calculate_min_free_kbytes();
8520         setup_per_zone_wmarks();
8521         refresh_zone_stat_thresholds();
8522         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8523
8524 #ifdef CONFIG_NUMA
8525         setup_min_unmapped_ratio();
8526         setup_min_slab_ratio();
8527 #endif
8528
8529         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8530
8531         return 0;
8532 }
8533 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8534
8535 /*
8536  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8537  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8538  *      changes.
8539  */
8540 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8541                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8542 {
8543         int rc;
8544
8545         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8546         if (rc)
8547                 return rc;
8548
8549         if (write) {
8550                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8551                 setup_per_zone_wmarks();
8552         }
8553         return 0;
8554 }
8555
8556 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8557                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8558 {
8559         int rc;
8560
8561         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8562         if (rc)
8563                 return rc;
8564
8565         if (write)
8566                 setup_per_zone_wmarks();
8567
8568         return 0;
8569 }
8570
8571 #ifdef CONFIG_NUMA
8572 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8573 {
8574         pg_data_t *pgdat;
8575         struct zone *zone;
8576
8577         for_each_online_pgdat(pgdat)
8578                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8579
8580         for_each_zone(zone)
8581                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8582                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8583 }
8584
8585
8586 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8587                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8588 {
8589         int rc;
8590
8591         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8592         if (rc)
8593                 return rc;
8594
8595         setup_min_unmapped_ratio();
8596
8597         return 0;
8598 }
8599
8600 static void setup_min_slab_ratio(void)
8601 {
8602         pg_data_t *pgdat;
8603         struct zone *zone;
8604
8605         for_each_online_pgdat(pgdat)
8606                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8607
8608         for_each_zone(zone)
8609                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8610                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8611 }
8612
8613 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8614                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8615 {
8616         int rc;
8617
8618         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8619         if (rc)
8620                 return rc;
8621
8622         setup_min_slab_ratio();
8623
8624         return 0;
8625 }
8626 #endif
8627
8628 /*
8629  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8630  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8631  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8632  *
8633  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8634  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8635  * if in function of the boot time zone sizes.
8636  */
8637 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8638                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8639 {
8640         int i;
8641
8642         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8643
8644         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8645                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8646                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8647         }
8648
8649         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8650         return 0;
8651 }
8652
8653 /*
8654  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8655  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8656  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8657  */
8658 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8659                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8660 {
8661         struct zone *zone;
8662         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8663         int ret;
8664
8665         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8666         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8667
8668         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8669         if (!write || ret < 0)
8670                 goto out;
8671
8672         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8673         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8674             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8675                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8676                 ret = -EINVAL;
8677                 goto out;
8678         }
8679
8680         /* No change? */
8681         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8682                 goto out;
8683
8684         for_each_populated_zone(zone)
8685                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8686 out:
8687         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8688         return ret;
8689 }
8690
8691 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8692 /*
8693  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8694  * is not known to alloc_large_system_hash().
8695  */
8696 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8697 {
8698         return 0;
8699 }
8700 #endif
8701
8702 /*
8703  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8704  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8705  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8706  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8707  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8708  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8709  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8710  */
8711 #if __BITS_PER_LONG > 32
8712 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8713 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8714 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8715 #endif
8716
8717 /*
8718  * allocate a large system hash table from bootmem
8719  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8720  *   quantity of entries
8721  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8722  */
8723 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8724                                      unsigned long bucketsize,
8725                                      unsigned long numentries,
8726                                      int scale,
8727                                      int flags,
8728                                      unsigned int *_hash_shift,
8729                                      unsigned int *_hash_mask,
8730                                      unsigned long low_limit,
8731                                      unsigned long high_limit)
8732 {
8733         unsigned long long max = high_limit;
8734         unsigned long log2qty, size;
8735         void *table = NULL;
8736         gfp_t gfp_flags;
8737         bool virt;
8738         bool huge;
8739
8740         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8741         if (!numentries) {
8742                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8743                 numentries = nr_kernel_pages;
8744                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8745
8746                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8747                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8748                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8749
8750 #if __BITS_PER_LONG > 32
8751                 if (!high_limit) {
8752                         unsigned long adapt;
8753
8754                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8755                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8756                                 scale++;
8757                 }
8758 #endif
8759
8760                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8761                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8762                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8763                 else
8764                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8765
8766                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8767                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8768                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8769                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8770                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8771                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8772                                 BUG_ON(!numentries);
8773                         }
8774                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8775                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8776         }
8777         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8778
8779         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8780         if (max == 0) {
8781                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8782                 do_div(max, bucketsize);
8783         }
8784         max = min(max, 0x80000000ULL);
8785
8786         if (numentries < low_limit)
8787                 numentries = low_limit;
8788         if (numentries > max)
8789                 numentries = max;
8790
8791         log2qty = ilog2(numentries);
8792
8793         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8794         do {
8795                 virt = false;
8796                 size = bucketsize << log2qty;
8797                 if (flags & HASH_EARLY) {
8798                         if (flags & HASH_ZERO)
8799                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8800                         else
8801                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8802                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8803                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8804                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8805                         virt = true;
8806                         if (table)
8807                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8808                 } else {
8809                         /*
8810                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8811                          * some pages at the end of hash table which
8812                          * alloc_pages_exact() automatically does
8813                          */
8814                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8815                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8816                 }
8817         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8818
8819         if (!table)
8820                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8821
8822         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8823                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8824                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8825
8826         if (_hash_shift)
8827                 *_hash_shift = log2qty;
8828         if (_hash_mask)
8829                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8830
8831         return table;
8832 }
8833
8834 /*
8835  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8836  *
8837  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8838  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8839  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8840  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8841  *
8842  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8843  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8844  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8845  *
8846  */
8847 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8848                                  int migratetype, int flags)
8849 {
8850         unsigned long iter = 0;
8851         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8852         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8853
8854         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8855                 /*
8856                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8857                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8858                  * so consider them movable here.
8859                  */
8860                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8861                         return NULL;
8862
8863                 return page;
8864         }
8865
8866         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8867                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8868
8869                 /*
8870                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8871                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8872                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8873                  * specifying "movablecore".
8874                  */
8875                 if (PageReserved(page))
8876                         return page;
8877
8878                 /*
8879                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8880                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8881                  * is movable.
8882                  */
8883                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8884                         continue;
8885
8886                 /*
8887                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8888                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8889                  * We need not scan over tail pages because we don't
8890                  * handle each tail page individually in migration.
8891                  */
8892                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8893                         struct page *head = compound_head(page);
8894                         unsigned int skip_pages;
8895
8896                         if (PageHuge(page)) {
8897                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8898                                         return page;
8899                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8900                                 return page;
8901                         }
8902
8903                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8904                         iter += skip_pages - 1;
8905                         continue;
8906                 }
8907
8908                 /*
8909                  * We can't use page_count without pin a page
8910                  * because another CPU can free compound page.
8911                  * This check already skips compound tails of THP
8912                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8913                  */
8914                 if (!page_ref_count(page)) {
8915                         if (PageBuddy(page))
8916                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8917                         continue;
8918                 }
8919
8920                 /*
8921                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8922                  * page_count() is not 0.
8923                  */
8924                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8925                         continue;
8926
8927                 /*
8928                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8929                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8930                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8931                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8932                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8933                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8934                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8935                  * (false negatives in this function only)
8936                  */
8937                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8938                         continue;
8939
8940                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8941                         continue;
8942
8943                 /*
8944                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8945                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8946                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8947                  */
8948                 return page;
8949         }
8950         return NULL;
8951 }
8952
8953 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8954 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8955 {
8956         return ALIGN_DOWN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8957 }
8958
8959 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8960 {
8961         return ALIGN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8962 }
8963
8964 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8965         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8966 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8967 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8968 {
8969         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8970
8971         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8972                 struct page *page;
8973
8974                 dump_stack();
8975                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8976                         dump_page(page, "migration failure");
8977         }
8978 }
8979 #else
8980 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8981 {
8982 }
8983 #endif
8984
8985 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8986 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8987                                         unsigned long start, unsigned long end)
8988 {
8989         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8990         unsigned int nr_reclaimed;
8991         unsigned long pfn = start;
8992         unsigned int tries = 0;
8993         int ret = 0;
8994         struct migration_target_control mtc = {
8995                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
8996                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
8997         };
8998
8999         lru_cache_disable();
9000
9001         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9002                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9003                         ret = -EINTR;
9004                         break;
9005                 }
9006
9007                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9008                         cc->nr_migratepages = 0;
9009                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9010                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9011                                 break;
9012                         pfn = cc->migrate_pfn;
9013                         tries = 0;
9014                 } else if (++tries == 5) {
9015                         ret = -EBUSY;
9016                         break;
9017                 }
9018
9019                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9020                                                         &cc->migratepages);
9021                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9022
9023                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9024                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9025
9026                 /*
9027                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9028                  * to retry again over this error, so do the same here.
9029                  */
9030                 if (ret == -ENOMEM)
9031                         break;
9032         }
9033
9034         lru_cache_enable();
9035         if (ret < 0) {
9036                 if (ret == -EBUSY)
9037                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9038                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9039                 return ret;
9040         }
9041         return 0;
9042 }
9043
9044 /**
9045  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9046  * @start:      start PFN to allocate
9047  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9048  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9049  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9050  *                      in range must have the same migratetype and it must
9051  *                      be either of the two.
9052  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9053  *
9054  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9055  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9056  *
9057  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9058  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9059  * be modified by others.
9060  *
9061  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9062  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9063  * need to be freed with free_contig_range().
9064  */
9065 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9066                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9067 {
9068         unsigned long outer_start, outer_end;
9069         unsigned int order;
9070         int ret = 0;
9071
9072         struct compact_control cc = {
9073                 .nr_migratepages = 0,
9074                 .order = -1,
9075                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9076                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9077                 .ignore_skip_hint = true,
9078                 .no_set_skip_hint = true,
9079                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9080                 .alloc_contig = true,
9081         };
9082         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9083
9084         /*
9085          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9086          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9087          * have different sizes, and due to the way page allocator
9088          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9089          * that page allocator won't try to merge buddies from
9090          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9091          * other migration type.
9092          *
9093          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9094          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9095          * we are interested in).  This will put all the pages in
9096          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9097          *
9098          * When this is done, we take the pages in range from page
9099          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9100          * page allocator will never consider using them.
9101          *
9102          * This lets us mark the pageblocks back as
9103          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9104          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9105          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9106          */
9107
9108         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9109                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9110         if (ret)
9111                 return ret;
9112
9113         drain_all_pages(cc.zone);
9114
9115         /*
9116          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9117          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9118          * which will report the busy page.
9119          *
9120          * It is possible that busy pages could become available before
9121          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9122          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9123          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9124          */
9125         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9126         if (ret && ret != -EBUSY)
9127                 goto done;
9128         ret = 0;
9129
9130         /*
9131          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9132          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9133          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9134          * What we are going to do is to allocate all pages from
9135          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9136          *
9137          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9138          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9139          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9140          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9141          * once this is done free the pages we are not interested in.
9142          *
9143          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9144          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9145          */
9146
9147         order = 0;
9148         outer_start = start;
9149         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9150                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9151                         outer_start = start;
9152                         break;
9153                 }
9154                 outer_start &= ~0UL << order;
9155         }
9156
9157         if (outer_start != start) {
9158                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9159
9160                 /*
9161                  * outer_start page could be small order buddy page and
9162                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9163                  * in this case to report failed page properly
9164                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9165                  */
9166                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9167                         outer_start = start;
9168         }
9169
9170         /* Make sure the range is really isolated. */
9171         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9172                 ret = -EBUSY;
9173                 goto done;
9174         }
9175
9176         /* Grab isolated pages from freelists. */
9177         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9178         if (!outer_end) {
9179                 ret = -EBUSY;
9180                 goto done;
9181         }
9182
9183         /* Free head and tail (if any) */
9184         if (start != outer_start)
9185                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9186         if (end != outer_end)
9187                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9188
9189 done:
9190         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9191                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9192         return ret;
9193 }
9194 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9195
9196 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9197                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9198 {
9199         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9200
9201         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9202                                   gfp_mask);
9203 }
9204
9205 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9206                                    unsigned long nr_pages)
9207 {
9208         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9209         struct page *page;
9210
9211         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9212                 page = pfn_to_online_page(i);
9213                 if (!page)
9214                         return false;
9215
9216                 if (page_zone(page) != z)
9217                         return false;
9218
9219                 if (PageReserved(page))
9220                         return false;
9221         }
9222         return true;
9223 }
9224
9225 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9226                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9227 {
9228         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9229
9230         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9231 }
9232
9233 /**
9234  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9235  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9236  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9237  * @nid:        Target node
9238  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9239  *
9240  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9241  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9242  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9243  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9244  *
9245  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9246  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9247  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9248  *
9249  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9250  * __free_page() on each allocated page.
9251  *
9252  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9253  */
9254 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9255                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9256 {
9257         unsigned long ret, pfn, flags;
9258         struct zonelist *zonelist;
9259         struct zone *zone;
9260         struct zoneref *z;
9261
9262         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9263         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9264                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9265                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9266
9267                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9268                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9269                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9270                                 /*
9271                                  * We release the zone lock here because
9272                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9273                                  * at some point. If there's an allocation
9274                                  * spinning on this lock, it may win the race
9275                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9276                                  */
9277                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9278                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9279                                                         gfp_mask);
9280                                 if (!ret)
9281                                         return pfn_to_page(pfn);
9282                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9283                         }
9284                         pfn += nr_pages;
9285                 }
9286                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9287         }
9288         return NULL;
9289 }
9290 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9291
9292 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9293 {
9294         unsigned long count = 0;
9295
9296         for (; nr_pages--; pfn++) {
9297                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9298
9299                 count += page_count(page) != 1;
9300                 __free_page(page);
9301         }
9302         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9303 }
9304 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9305
9306 /*
9307  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9308  * page high values need to be recalculated.
9309  */
9310 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9311 {
9312         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9313         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9314         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9315 }
9316
9317 /*
9318  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9319  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9320  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9321  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9322  *
9323  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9324  */
9325 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9326 {
9327         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9328         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9329         __drain_all_pages(zone, true);
9330 }
9331
9332 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9333 {
9334         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9335         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9336 }
9337
9338 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9339 {
9340         int cpu;
9341         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9342
9343         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9344                 for_each_online_cpu(cpu) {
9345                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9346                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9347                 }
9348                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9349                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9350                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9351                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9352         }
9353 }
9354
9355 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9356 /*
9357  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9358  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9359  */
9360 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9361 {
9362         unsigned long pfn = start_pfn;
9363         struct page *page;
9364         struct zone *zone;
9365         unsigned int order;
9366         unsigned long flags;
9367
9368         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9369         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9370         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9371         while (pfn < end_pfn) {
9372                 page = pfn_to_page(pfn);
9373                 /*
9374                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9375                  * page_count() is not 0.
9376                  */
9377                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9378                         pfn++;
9379                         continue;
9380                 }
9381                 /*
9382                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9383                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9384                  */
9385                 if (PageOffline(page)) {
9386                         BUG_ON(page_count(page));
9387                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9388                         pfn++;
9389                         continue;
9390                 }
9391
9392                 BUG_ON(page_count(page));
9393                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9394                 order = buddy_order(page);
9395                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9396                 pfn += (1 << order);
9397         }
9398         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9399 }
9400 #endif
9401
9402 /*
9403  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9404  */
9405 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9406 {
9407         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9408         unsigned int order;
9409
9410         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9411                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9412
9413                 if (PageBuddy(page_head) &&
9414                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9415                         break;
9416         }
9417
9418         return order < MAX_ORDER;
9419 }
9420 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9421
9422 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9423 /*
9424  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9425  * buddy allocator.
9426  */
9427 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9428                                    struct page *target, int low, int high,
9429                                    int migratetype)
9430 {
9431         unsigned long size = 1 << high;
9432         struct page *current_buddy, *next_page;
9433
9434         while (high > low) {
9435                 high--;
9436                 size >>= 1;
9437
9438                 if (target >= &page[size]) {
9439                         next_page = page + size;
9440                         current_buddy = page;
9441                 } else {
9442                         next_page = page;
9443                         current_buddy = page + size;
9444                 }
9445
9446                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9447                         continue;
9448
9449                 if (current_buddy != target) {
9450                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9451                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9452                         page = next_page;
9453                 }
9454         }
9455 }
9456
9457 /*
9458  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9459  */
9460 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9461 {
9462         struct zone *zone = page_zone(page);
9463         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9464         unsigned long flags;
9465         unsigned int order;
9466         bool ret = false;
9467
9468         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9469         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9470                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9471                 int page_order = buddy_order(page_head);
9472
9473                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9474                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9475                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9476                                                                    pfn_head);
9477
9478                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9479                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9480                                                 page_order, migratetype);
9481                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9482                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9483                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9484                         ret = true;
9485                         break;
9486                 }
9487                 if (page_count(page_head) > 0)
9488                         break;
9489         }
9490         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9491         return ret;
9492 }
9493
9494 /*
9495  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9496  */
9497 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9498 {
9499         struct zone *zone = page_zone(page);
9500         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9501         unsigned long flags;
9502         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9503         bool ret = false;
9504
9505         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9506         if (put_page_testzero(page)) {
9507                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9508                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9509                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9510                         num_poisoned_pages_dec();
9511                         ret = true;
9512                 }
9513         }
9514         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9515
9516         return ret;
9517 }
9518 #endif
9519
9520 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9521 bool has_managed_dma(void)
9522 {
9523         struct pglist_data *pgdat;
9524
9525         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9526                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9527
9528                 if (managed_zone(zone))
9529                         return true;
9530         }
9531         return false;
9532 }
9533 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */