OSDN Git Service

Merge branch 'linus/master' into rdma.git for-next
[uclinux-h8/linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/swap.h>
20 #include <linux/interrupt.h>
21 #include <linux/pagemap.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/bootmem.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/notifier.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/sort.h>
48 #include <linux/pfn.h>
49 #include <linux/backing-dev.h>
50 #include <linux/fault-inject.h>
51 #include <linux/page-isolation.h>
52 #include <linux/page_ext.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
101 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
102
103 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
104 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
105 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
106 #endif
107
108 /*
109  * Array of node states.
110  */
111 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
112         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
113         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
114 #ifndef CONFIG_NUMA
115         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
117         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
121 #endif  /* NUMA */
122 };
123 EXPORT_SYMBOL(node_states);
124
125 /* Protect totalram_pages and zone->managed_pages */
126 static DEFINE_SPINLOCK(managed_page_count_lock);
127
128 unsigned long totalram_pages __read_mostly;
129 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
130 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
131
132 int percpu_pagelist_fraction;
133 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
134
135 /*
136  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
137  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
138  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
139  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
140  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
141  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
142  */
143 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
144 {
145         return page->index;
146 }
147
148 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
149 {
150         page->index = migratetype;
151 }
152
153 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
154 /*
155  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
156  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
157  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
158  * they should always be called with system_transition_mutex held
159  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
160  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
161  * with that modification).
162  */
163
164 static gfp_t saved_gfp_mask;
165
166 void pm_restore_gfp_mask(void)
167 {
168         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
169         if (saved_gfp_mask) {
170                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
171                 saved_gfp_mask = 0;
172         }
173 }
174
175 void pm_restrict_gfp_mask(void)
176 {
177         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
178         WARN_ON(saved_gfp_mask);
179         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
180         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
181 }
182
183 bool pm_suspended_storage(void)
184 {
185         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
186                 return false;
187         return true;
188 }
189 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
190
191 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
192 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
193 #endif
194
195 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
196
197 /*
198  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
199  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
200  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
201  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
202  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
203  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
204  *
205  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
206  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
207  */
208 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
209 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
210         [ZONE_DMA] = 256,
211 #endif
212 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
213         [ZONE_DMA32] = 256,
214 #endif
215         [ZONE_NORMAL] = 32,
216 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
217         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
218 #endif
219         [ZONE_MOVABLE] = 0,
220 };
221
222 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
223
224 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
225 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
226          "DMA",
227 #endif
228 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
229          "DMA32",
230 #endif
231          "Normal",
232 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
233          "HighMem",
234 #endif
235          "Movable",
236 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
237          "Device",
238 #endif
239 };
240
241 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
242         "Unmovable",
243         "Movable",
244         "Reclaimable",
245         "HighAtomic",
246 #ifdef CONFIG_CMA
247         "CMA",
248 #endif
249 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
250         "Isolate",
251 #endif
252 };
253
254 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
255         NULL,
256         free_compound_page,
257 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
258         free_huge_page,
259 #endif
260 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
261         free_transhuge_page,
262 #endif
263 };
264
265 int min_free_kbytes = 1024;
266 int user_min_free_kbytes = -1;
267 int watermark_scale_factor = 10;
268
269 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
270 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
271 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
272
273 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
274 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
275 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
276 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
277 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
278 static unsigned long required_movablecore __initdata;
279 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
280 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
281 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
282
283 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
284 int movable_zone;
285 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
286 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
287
288 #if MAX_NUMNODES > 1
289 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
290 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
291 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
292 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
293 #endif
294
295 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
296
297 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
298 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
299 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
300 {
301         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
302
303         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
304                 return true;
305
306         return false;
307 }
308
309 /*
310  * Returns false when the remaining initialisation should be deferred until
311  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
312  */
313 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
314                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
315                                 unsigned long *nr_initialised)
316 {
317         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
318         if (zone_end < pgdat_end_pfn(pgdat))
319                 return true;
320         (*nr_initialised)++;
321         if ((*nr_initialised > pgdat->static_init_pgcnt) &&
322             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
323                 pgdat->first_deferred_pfn = pfn;
324                 return false;
325         }
326
327         return true;
328 }
329 #else
330 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
331 {
332         return false;
333 }
334
335 static inline bool update_defer_init(pg_data_t *pgdat,
336                                 unsigned long pfn, unsigned long zone_end,
337                                 unsigned long *nr_initialised)
338 {
339         return true;
340 }
341 #endif
342
343 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
344 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
345                                                         unsigned long pfn)
346 {
347 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
348         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
349 #else
350         return page_zone(page)->pageblock_flags;
351 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
352 }
353
354 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
355 {
356 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
357         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
358         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
359 #else
360         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
361         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
362 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
363 }
364
365 /**
366  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
367  * @page: The page within the block of interest
368  * @pfn: The target page frame number
369  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
370  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
371  *
372  * Return: pageblock_bits flags
373  */
374 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
375                                         unsigned long pfn,
376                                         unsigned long end_bitidx,
377                                         unsigned long mask)
378 {
379         unsigned long *bitmap;
380         unsigned long bitidx, word_bitidx;
381         unsigned long word;
382
383         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
384         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
385         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
386         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
387
388         word = bitmap[word_bitidx];
389         bitidx += end_bitidx;
390         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
391 }
392
393 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
394                                         unsigned long end_bitidx,
395                                         unsigned long mask)
396 {
397         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
398 }
399
400 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
401 {
402         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
403 }
404
405 /**
406  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
407  * @page: The page within the block of interest
408  * @flags: The flags to set
409  * @pfn: The target page frame number
410  * @end_bitidx: The last bit of interest
411  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
412  */
413 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
414                                         unsigned long pfn,
415                                         unsigned long end_bitidx,
416                                         unsigned long mask)
417 {
418         unsigned long *bitmap;
419         unsigned long bitidx, word_bitidx;
420         unsigned long old_word, word;
421
422         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
423
424         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
425         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
426         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
427         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
428
429         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
430
431         bitidx += end_bitidx;
432         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
433         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
434
435         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
436         for (;;) {
437                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
438                 if (word == old_word)
439                         break;
440                 word = old_word;
441         }
442 }
443
444 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
445 {
446         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
447                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
448                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
449
450         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
451                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
452 }
453
454 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
455 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
456 {
457         int ret = 0;
458         unsigned seq;
459         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
460         unsigned long sp, start_pfn;
461
462         do {
463                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
464                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
465                 sp = zone->spanned_pages;
466                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
467                         ret = 1;
468         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
469
470         if (ret)
471                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
472                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
473                         start_pfn, start_pfn + sp);
474
475         return ret;
476 }
477
478 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
479 {
480         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
481                 return 0;
482         if (zone != page_zone(page))
483                 return 0;
484
485         return 1;
486 }
487 /*
488  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
489  */
490 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
491 {
492         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
493                 return 1;
494         if (!page_is_consistent(zone, page))
495                 return 1;
496
497         return 0;
498 }
499 #else
500 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
501 {
502         return 0;
503 }
504 #endif
505
506 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
507                 unsigned long bad_flags)
508 {
509         static unsigned long resume;
510         static unsigned long nr_shown;
511         static unsigned long nr_unshown;
512
513         /*
514          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
515          * or allow a steady drip of one report per second.
516          */
517         if (nr_shown == 60) {
518                 if (time_before(jiffies, resume)) {
519                         nr_unshown++;
520                         goto out;
521                 }
522                 if (nr_unshown) {
523                         pr_alert(
524                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
525                                 nr_unshown);
526                         nr_unshown = 0;
527                 }
528                 nr_shown = 0;
529         }
530         if (nr_shown++ == 0)
531                 resume = jiffies + 60 * HZ;
532
533         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
534                 current->comm, page_to_pfn(page));
535         __dump_page(page, reason);
536         bad_flags &= page->flags;
537         if (bad_flags)
538                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
539                                                 bad_flags, &bad_flags);
540         dump_page_owner(page);
541
542         print_modules();
543         dump_stack();
544 out:
545         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
546         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
547         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
548 }
549
550 /*
551  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
552  *
553  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
554  *
555  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
556  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
557  *
558  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
559  * page destructors. See compound_page_dtors.
560  *
561  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
562  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
563  */
564
565 void free_compound_page(struct page *page)
566 {
567         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
568 }
569
570 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
571 {
572         int i;
573         int nr_pages = 1 << order;
574
575         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
576         set_compound_order(page, order);
577         __SetPageHead(page);
578         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
579                 struct page *p = page + i;
580                 set_page_count(p, 0);
581                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
582                 set_compound_head(p, page);
583         }
584         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
585 }
586
587 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
588 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
589 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
590                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
591 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
592 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
593
594 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
595 {
596         if (!buf)
597                 return -EINVAL;
598         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
599 }
600 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
601
602 static bool need_debug_guardpage(void)
603 {
604         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
605         if (!debug_pagealloc_enabled())
606                 return false;
607
608         if (!debug_guardpage_minorder())
609                 return false;
610
611         return true;
612 }
613
614 static void init_debug_guardpage(void)
615 {
616         if (!debug_pagealloc_enabled())
617                 return;
618
619         if (!debug_guardpage_minorder())
620                 return;
621
622         _debug_guardpage_enabled = true;
623 }
624
625 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
626         .need = need_debug_guardpage,
627         .init = init_debug_guardpage,
628 };
629
630 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
631 {
632         unsigned long res;
633
634         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
635                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
636                 return 0;
637         }
638         _debug_guardpage_minorder = res;
639         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
640         return 0;
641 }
642 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
643
644 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
645                                 unsigned int order, int migratetype)
646 {
647         struct page_ext *page_ext;
648
649         if (!debug_guardpage_enabled())
650                 return false;
651
652         if (order >= debug_guardpage_minorder())
653                 return false;
654
655         page_ext = lookup_page_ext(page);
656         if (unlikely(!page_ext))
657                 return false;
658
659         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
660
661         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
662         set_page_private(page, order);
663         /* Guard pages are not available for any usage */
664         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
665
666         return true;
667 }
668
669 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
670                                 unsigned int order, int migratetype)
671 {
672         struct page_ext *page_ext;
673
674         if (!debug_guardpage_enabled())
675                 return;
676
677         page_ext = lookup_page_ext(page);
678         if (unlikely(!page_ext))
679                 return;
680
681         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
682
683         set_page_private(page, 0);
684         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
685                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
686 }
687 #else
688 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
689 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
690                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
691 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
692                                 unsigned int order, int migratetype) {}
693 #endif
694
695 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
696 {
697         set_page_private(page, order);
698         __SetPageBuddy(page);
699 }
700
701 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
702 {
703         __ClearPageBuddy(page);
704         set_page_private(page, 0);
705 }
706
707 /*
708  * This function checks whether a page is free && is the buddy
709  * we can coalesce a page and its buddy if
710  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
711  * (b) the buddy is in the buddy system &&
712  * (c) a page and its buddy have the same order &&
713  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
714  *
715  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
716  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
717  *
718  * For recording page's order, we use page_private(page).
719  */
720 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
721                                                         unsigned int order)
722 {
723         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
724                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
725                         return 0;
726
727                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
728
729                 return 1;
730         }
731
732         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
733                 /*
734                  * zone check is done late to avoid uselessly
735                  * calculating zone/node ids for pages that could
736                  * never merge.
737                  */
738                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
739                         return 0;
740
741                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
742
743                 return 1;
744         }
745         return 0;
746 }
747
748 /*
749  * Freeing function for a buddy system allocator.
750  *
751  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
752  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
753  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
754  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
755  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
756  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
757  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
758  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
759  * parts of the VM system.
760  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
761  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
762  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
763  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
764  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
765  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
766  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
767  * triggers coalescing into a block of larger size.
768  *
769  * -- nyc
770  */
771
772 static inline void __free_one_page(struct page *page,
773                 unsigned long pfn,
774                 struct zone *zone, unsigned int order,
775                 int migratetype)
776 {
777         unsigned long combined_pfn;
778         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
779         struct page *buddy;
780         unsigned int max_order;
781
782         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
783
784         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
785         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
786
787         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
788         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
789                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
790
791         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
792         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
793
794 continue_merging:
795         while (order < max_order - 1) {
796                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
797                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
798
799                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
800                         goto done_merging;
801                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
802                         goto done_merging;
803                 /*
804                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
805                  * merge with it and move up one order.
806                  */
807                 if (page_is_guard(buddy)) {
808                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
809                 } else {
810                         list_del(&buddy->lru);
811                         zone->free_area[order].nr_free--;
812                         rmv_page_order(buddy);
813                 }
814                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
815                 page = page + (combined_pfn - pfn);
816                 pfn = combined_pfn;
817                 order++;
818         }
819         if (max_order < MAX_ORDER) {
820                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
821                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
822                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
823                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
824                  *
825                  * We don't want to hit this code for the more frequent
826                  * low-order merging.
827                  */
828                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
829                         int buddy_mt;
830
831                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
832                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
833                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
834
835                         if (migratetype != buddy_mt
836                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
837                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
838                                 goto done_merging;
839                 }
840                 max_order++;
841                 goto continue_merging;
842         }
843
844 done_merging:
845         set_page_order(page, order);
846
847         /*
848          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
849          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
850          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
851          * that is happening, add the free page to the tail of the list
852          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
853          * as a higher order page
854          */
855         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
856                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
857                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
858                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
859                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
860                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
861                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
862                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
863                         list_add_tail(&page->lru,
864                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
865                         goto out;
866                 }
867         }
868
869         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
870 out:
871         zone->free_area[order].nr_free++;
872 }
873
874 /*
875  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
876  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
877  * check if necessary.
878  */
879 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
880                                         unsigned long check_flags)
881 {
882         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
883                 return false;
884
885         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
886                         page_ref_count(page) |
887 #ifdef CONFIG_MEMCG
888                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
889 #endif
890                         (page->flags & check_flags)))
891                 return false;
892
893         return true;
894 }
895
896 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
897 {
898         const char *bad_reason;
899         unsigned long bad_flags;
900
901         bad_reason = NULL;
902         bad_flags = 0;
903
904         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
905                 bad_reason = "nonzero mapcount";
906         if (unlikely(page->mapping != NULL))
907                 bad_reason = "non-NULL mapping";
908         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
909                 bad_reason = "nonzero _refcount";
910         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
911                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
912                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
913         }
914 #ifdef CONFIG_MEMCG
915         if (unlikely(page->mem_cgroup))
916                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
917 #endif
918         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
919 }
920
921 static inline int free_pages_check(struct page *page)
922 {
923         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
924                 return 0;
925
926         /* Something has gone sideways, find it */
927         free_pages_check_bad(page);
928         return 1;
929 }
930
931 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
932 {
933         int ret = 1;
934
935         /*
936          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
937          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
938          */
939         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
940
941         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
942                 ret = 0;
943                 goto out;
944         }
945         switch (page - head_page) {
946         case 1:
947                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
948                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
949                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
950                         goto out;
951                 }
952                 break;
953         case 2:
954                 /*
955                  * the second tail page: ->mapping is
956                  * deferred_list.next -- ignore value.
957                  */
958                 break;
959         default:
960                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
961                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
962                         goto out;
963                 }
964                 break;
965         }
966         if (unlikely(!PageTail(page))) {
967                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
968                 goto out;
969         }
970         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
971                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
972                 goto out;
973         }
974         ret = 0;
975 out:
976         page->mapping = NULL;
977         clear_compound_head(page);
978         return ret;
979 }
980
981 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
982                                         unsigned int order, bool check_free)
983 {
984         int bad = 0;
985
986         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
987
988         trace_mm_page_free(page, order);
989
990         /*
991          * Check tail pages before head page information is cleared to
992          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
993          */
994         if (unlikely(order)) {
995                 bool compound = PageCompound(page);
996                 int i;
997
998                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
999
1000                 if (compound)
1001                         ClearPageDoubleMap(page);
1002                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1003                         if (compound)
1004                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1005                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1006                                 bad++;
1007                                 continue;
1008                         }
1009                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1010                 }
1011         }
1012         if (PageMappingFlags(page))
1013                 page->mapping = NULL;
1014         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1015                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1016         if (check_free)
1017                 bad += free_pages_check(page);
1018         if (bad)
1019                 return false;
1020
1021         page_cpupid_reset_last(page);
1022         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1023         reset_page_owner(page, order);
1024
1025         if (!PageHighMem(page)) {
1026                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1027                                            PAGE_SIZE << order);
1028                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1029                                            PAGE_SIZE << order);
1030         }
1031         arch_free_page(page, order);
1032         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1033         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1034         kasan_free_pages(page, order);
1035
1036         return true;
1037 }
1038
1039 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1040 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1041 {
1042         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1043 }
1044
1045 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return false;
1048 }
1049 #else
1050 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1053 }
1054
1055 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_check(page);
1058 }
1059 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1060
1061 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1062 {
1063         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1064         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1065         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1066
1067         prefetch(buddy);
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Frees a number of pages from the PCP lists
1072  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1073  * count is the number of pages to free.
1074  *
1075  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1076  * see if this freeing clears that state.
1077  *
1078  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1079  * pinned" detection logic.
1080  */
1081 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1082                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1083 {
1084         int migratetype = 0;
1085         int batch_free = 0;
1086         int prefetch_nr = 0;
1087         bool isolated_pageblocks;
1088         struct page *page, *tmp;
1089         LIST_HEAD(head);
1090
1091         while (count) {
1092                 struct list_head *list;
1093
1094                 /*
1095                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1096                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1097                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1098                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1099                  * lists
1100                  */
1101                 do {
1102                         batch_free++;
1103                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1104                                 migratetype = 0;
1105                         list = &pcp->lists[migratetype];
1106                 } while (list_empty(list));
1107
1108                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1109                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1110                         batch_free = count;
1111
1112                 do {
1113                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1114                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1115                         list_del(&page->lru);
1116                         pcp->count--;
1117
1118                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1119                                 continue;
1120
1121                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1122
1123                         /*
1124                          * We are going to put the page back to the global
1125                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1126                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1127                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1128                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1129                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1130                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1131                          */
1132                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1133                                 prefetch_buddy(page);
1134                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1135         }
1136
1137         spin_lock(&zone->lock);
1138         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1139
1140         /*
1141          * Use safe version since after __free_one_page(),
1142          * page->lru.next will not point to original list.
1143          */
1144         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1145                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1146                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1147                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1148                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1149                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1150                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1151
1152                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1153                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1154         }
1155         spin_unlock(&zone->lock);
1156 }
1157
1158 static void free_one_page(struct zone *zone,
1159                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1160                                 unsigned int order,
1161                                 int migratetype)
1162 {
1163         spin_lock(&zone->lock);
1164         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1165                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1166                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1167         }
1168         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1169         spin_unlock(&zone->lock);
1170 }
1171
1172 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1173                                 unsigned long zone, int nid)
1174 {
1175         mm_zero_struct_page(page);
1176         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1177         init_page_count(page);
1178         page_mapcount_reset(page);
1179         page_cpupid_reset_last(page);
1180
1181         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1182 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1183         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1184         if (!is_highmem_idx(zone))
1185                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1186 #endif
1187 }
1188
1189 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1190 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1191 {
1192         pg_data_t *pgdat;
1193         int nid, zid;
1194
1195         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1196                 return;
1197
1198         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1199         pgdat = NODE_DATA(nid);
1200
1201         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1202                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1203
1204                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1205                         break;
1206         }
1207         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1208 }
1209 #else
1210 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1211 {
1212 }
1213 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1214
1215 /*
1216  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1217  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1218  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1219  * sent to the buddy page allocator.
1220  */
1221 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1222 {
1223         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1224         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1225
1226         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1227                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1228                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1229
1230                         init_reserved_page(start_pfn);
1231
1232                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1233                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1234
1235                         SetPageReserved(page);
1236                 }
1237         }
1238 }
1239
1240 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1241 {
1242         unsigned long flags;
1243         int migratetype;
1244         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1245
1246         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1247                 return;
1248
1249         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1250         local_irq_save(flags);
1251         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1252         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1253         local_irq_restore(flags);
1254 }
1255
1256 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1257 {
1258         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1259         struct page *p = page;
1260         unsigned int loop;
1261
1262         prefetchw(p);
1263         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1264                 prefetchw(p + 1);
1265                 __ClearPageReserved(p);
1266                 set_page_count(p, 0);
1267         }
1268         __ClearPageReserved(p);
1269         set_page_count(p, 0);
1270
1271         page_zone(page)->managed_pages += nr_pages;
1272         set_page_refcounted(page);
1273         __free_pages(page, order);
1274 }
1275
1276 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1277         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1278
1279 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1280
1281 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1282 {
1283         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1284         int nid;
1285
1286         spin_lock(&early_pfn_lock);
1287         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1288         if (nid < 0)
1289                 nid = first_online_node;
1290         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1291
1292         return nid;
1293 }
1294 #endif
1295
1296 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1297 static inline bool __meminit __maybe_unused
1298 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1299                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1300 {
1301         int nid;
1302
1303         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1304         if (nid >= 0 && nid != node)
1305                 return false;
1306         return true;
1307 }
1308
1309 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1310 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1311 {
1312         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1313 }
1314
1315 #else
1316
1317 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1318 {
1319         return true;
1320 }
1321 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1322 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1323                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1324 {
1325         return true;
1326 }
1327 #endif
1328
1329
1330 void __init __free_pages_bootmem(struct page *page, unsigned long pfn,
1331                                                         unsigned int order)
1332 {
1333         if (early_page_uninitialised(pfn))
1334                 return;
1335         return __free_pages_boot_core(page, order);
1336 }
1337
1338 /*
1339  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1340  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1341  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1342  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1343  * pageblocks.
1344  *
1345  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1346  *
1347  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1348  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1349  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1350  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1351  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1352  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1353  * page in a pageblock.
1354  */
1355 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1356                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1357 {
1358         struct page *start_page;
1359         struct page *end_page;
1360
1361         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1362         end_pfn--;
1363
1364         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1365                 return NULL;
1366
1367         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1368         if (!start_page)
1369                 return NULL;
1370
1371         if (page_zone(start_page) != zone)
1372                 return NULL;
1373
1374         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1375
1376         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1377         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1378                 return NULL;
1379
1380         return start_page;
1381 }
1382
1383 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1384 {
1385         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1386         unsigned long block_end_pfn;
1387
1388         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1389         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1390                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1391                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1392
1393                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1394
1395                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1396                                              block_end_pfn, zone))
1397                         return;
1398         }
1399
1400         /* We confirm that there is no hole */
1401         zone->contiguous = true;
1402 }
1403
1404 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1405 {
1406         zone->contiguous = false;
1407 }
1408
1409 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1410 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1411                                        unsigned long nr_pages)
1412 {
1413         struct page *page;
1414         unsigned long i;
1415
1416         if (!nr_pages)
1417                 return;
1418
1419         page = pfn_to_page(pfn);
1420
1421         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1422         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1423             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1424                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1425                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1426                 return;
1427         }
1428
1429         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1430                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1431                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1432                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1433         }
1434 }
1435
1436 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1437 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1438 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1439
1440 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1441 {
1442         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1443                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1444 }
1445
1446 /*
1447  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1448  *
1449  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1450  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1451  * function is optimized out.
1452  *
1453  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1454  * of the head pfn.
1455  *
1456  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1457  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1458  * to this memory node.
1459  */
1460 static inline bool __init
1461 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1462                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1463 {
1464         if (!pfn_valid_within(pfn))
1465                 return false;
1466         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1467                 return false;
1468         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1469                 return false;
1470         return true;
1471 }
1472
1473 /*
1474  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1475  * pageblock_nr_pages sizes.
1476  */
1477 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1478                                        unsigned long end_pfn)
1479 {
1480         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1481         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1482         unsigned long nr_free = 0;
1483
1484         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1485                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1486                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1487                         nr_free = 0;
1488                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1489                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1490                         nr_free = 1;
1491                         touch_nmi_watchdog();
1492                 } else {
1493                         nr_free++;
1494                 }
1495         }
1496         /* Free the last block of pages to allocator */
1497         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1498 }
1499
1500 /*
1501  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1502  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1503  * Return number of pages initialized.
1504  */
1505 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1506                                                  unsigned long pfn,
1507                                                  unsigned long end_pfn)
1508 {
1509         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1510         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1511         unsigned long nr_pages = 0;
1512         struct page *page = NULL;
1513
1514         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1515                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1516                         page = NULL;
1517                         continue;
1518                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1519                         page = pfn_to_page(pfn);
1520                         touch_nmi_watchdog();
1521                 } else {
1522                         page++;
1523                 }
1524                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1525                 nr_pages++;
1526         }
1527         return (nr_pages);
1528 }
1529
1530 /* Initialise remaining memory on a node */
1531 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1532 {
1533         pg_data_t *pgdat = data;
1534         int nid = pgdat->node_id;
1535         unsigned long start = jiffies;
1536         unsigned long nr_pages = 0;
1537         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1538         phys_addr_t spa, epa;
1539         int zid;
1540         struct zone *zone;
1541         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1542         u64 i;
1543
1544         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1545         if (!cpumask_empty(cpumask))
1546                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1547
1548         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1549         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1550         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1551                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1552                 pgdat_init_report_one_done();
1553                 return 0;
1554         }
1555
1556         /* Sanity check boundaries */
1557         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1558         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1559         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1560
1561         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1562         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1563                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1564                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1565                         break;
1566         }
1567         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1568
1569         /*
1570          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1571          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1572          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1573          * page in __free_one_page()).
1574          */
1575         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1576                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1577                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1578                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1579         }
1580         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1581                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1582                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1583                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1584         }
1585         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1586
1587         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1588         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1589
1590         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1591                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1592
1593         pgdat_init_report_one_done();
1594         return 0;
1595 }
1596
1597 /*
1598  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1599  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1600  * and we can permanently disable that path.
1601  */
1602 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1603
1604 /*
1605  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1606  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1607  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1608  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1609  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1610  *
1611  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1612  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1613  * enough pages to satisfy the allocation.
1614  *
1615  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1616  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1617  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1618  */
1619 static noinline bool __init
1620 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1621 {
1622         int zid = zone_idx(zone);
1623         int nid = zone_to_nid(zone);
1624         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1625         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1626         unsigned long nr_pages = 0;
1627         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1628         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1629         phys_addr_t spa, epa;
1630         u64 i;
1631
1632         /* Only the last zone may have deferred pages */
1633         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1634                 return false;
1635
1636         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1637
1638         /*
1639          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1640          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1641          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1642          * has this static branch.
1643          */
1644         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1645                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1646                 return true;
1647         }
1648
1649         /*
1650          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1651          * true, as there might be enough pages already.
1652          */
1653         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1654                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1655                 return true;
1656         }
1657
1658         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1659
1660         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1661                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1662                 return false;
1663         }
1664
1665         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1666                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1667                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1668
1669                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1670                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1671                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1672                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1673                                                         first_deferred_pfn);
1674                         spfn = first_deferred_pfn;
1675                 }
1676
1677                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1678                         break;
1679         }
1680
1681         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1682                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1683                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1684                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1685
1686                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1687                         break;
1688         }
1689         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1690         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1691
1692         return nr_pages > 0;
1693 }
1694
1695 /*
1696  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1697  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1698  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1699  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1700  */
1701 static bool __ref
1702 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1703 {
1704         return deferred_grow_zone(zone, order);
1705 }
1706
1707 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1708
1709 void __init page_alloc_init_late(void)
1710 {
1711         struct zone *zone;
1712
1713 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1714         int nid;
1715
1716         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1717         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1718         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1719                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1720         }
1721
1722         /* Block until all are initialised */
1723         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1724
1725         /*
1726          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1727          * on-demand struct page initialization.
1728          */
1729         static_branch_disable(&deferred_pages);
1730
1731         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1732         files_maxfiles_init();
1733 #endif
1734 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1735         /* Discard memblock private memory */
1736         memblock_discard();
1737 #endif
1738
1739         for_each_populated_zone(zone)
1740                 set_zone_contiguous(zone);
1741 }
1742
1743 #ifdef CONFIG_CMA
1744 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1745 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1746 {
1747         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1748         struct page *p = page;
1749
1750         do {
1751                 __ClearPageReserved(p);
1752                 set_page_count(p, 0);
1753         } while (++p, --i);
1754
1755         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1756
1757         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1758                 i = pageblock_nr_pages;
1759                 p = page;
1760                 do {
1761                         set_page_refcounted(p);
1762                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1763                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1764                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1765         } else {
1766                 set_page_refcounted(page);
1767                 __free_pages(page, pageblock_order);
1768         }
1769
1770         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1771 }
1772 #endif
1773
1774 /*
1775  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1776  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1777  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1778  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1779  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1780  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1781  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1782  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1783  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1784  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1785  *
1786  * -- nyc
1787  */
1788 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1789         int low, int high, struct free_area *area,
1790         int migratetype)
1791 {
1792         unsigned long size = 1 << high;
1793
1794         while (high > low) {
1795                 area--;
1796                 high--;
1797                 size >>= 1;
1798                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1799
1800                 /*
1801                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1802                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1803                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1804                  * pages will stay not present in virtual address space
1805                  */
1806                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1807                         continue;
1808
1809                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1810                 area->nr_free++;
1811                 set_page_order(&page[size], high);
1812         }
1813 }
1814
1815 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1816 {
1817         const char *bad_reason = NULL;
1818         unsigned long bad_flags = 0;
1819
1820         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1821                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1822         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1823                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1824         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1825                 bad_reason = "nonzero _count";
1826         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1827                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1828                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1829                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1830                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1831                 return;
1832         }
1833         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1834                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1835                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1836         }
1837 #ifdef CONFIG_MEMCG
1838         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1839                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1840 #endif
1841         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1842 }
1843
1844 /*
1845  * This page is about to be returned from the page allocator
1846  */
1847 static inline int check_new_page(struct page *page)
1848 {
1849         if (likely(page_expected_state(page,
1850                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1851                 return 0;
1852
1853         check_new_page_bad(page);
1854         return 1;
1855 }
1856
1857 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1858 {
1859         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1860                 page_poisoning_enabled();
1861 }
1862
1863 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1864 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1865 {
1866         return false;
1867 }
1868
1869 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1870 {
1871         return check_new_page(page);
1872 }
1873 #else
1874 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1875 {
1876         return check_new_page(page);
1877 }
1878 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1879 {
1880         return false;
1881 }
1882 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1883
1884 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1885 {
1886         int i;
1887         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1888                 struct page *p = page + i;
1889
1890                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1891                         return true;
1892         }
1893
1894         return false;
1895 }
1896
1897 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1898                                 gfp_t gfp_flags)
1899 {
1900         set_page_private(page, 0);
1901         set_page_refcounted(page);
1902
1903         arch_alloc_page(page, order);
1904         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1905         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1906         kasan_alloc_pages(page, order);
1907         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1908 }
1909
1910 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1911                                                         unsigned int alloc_flags)
1912 {
1913         int i;
1914
1915         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1916
1917         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1918                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1919                         clear_highpage(page + i);
1920
1921         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1922                 prep_compound_page(page, order);
1923
1924         /*
1925          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1926          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1927          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1928          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1929          */
1930         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1931                 set_page_pfmemalloc(page);
1932         else
1933                 clear_page_pfmemalloc(page);
1934 }
1935
1936 /*
1937  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1938  * the smallest available page from the freelists
1939  */
1940 static __always_inline
1941 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1942                                                 int migratetype)
1943 {
1944         unsigned int current_order;
1945         struct free_area *area;
1946         struct page *page;
1947
1948         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1949         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1950                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1951                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1952                                                         struct page, lru);
1953                 if (!page)
1954                         continue;
1955                 list_del(&page->lru);
1956                 rmv_page_order(page);
1957                 area->nr_free--;
1958                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1959                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1960                 return page;
1961         }
1962
1963         return NULL;
1964 }
1965
1966
1967 /*
1968  * This array describes the order lists are fallen back to when
1969  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1970  */
1971 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1972         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1973         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1974         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1975 #ifdef CONFIG_CMA
1976         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1977 #endif
1978 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1979         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1980 #endif
1981 };
1982
1983 #ifdef CONFIG_CMA
1984 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1985                                         unsigned int order)
1986 {
1987         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1988 }
1989 #else
1990 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1991                                         unsigned int order) { return NULL; }
1992 #endif
1993
1994 /*
1995  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
1996  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1997  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1998  */
1999 static int move_freepages(struct zone *zone,
2000                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2001                           int migratetype, int *num_movable)
2002 {
2003         struct page *page;
2004         unsigned int order;
2005         int pages_moved = 0;
2006
2007 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2008         /*
2009          * page_zone is not safe to call in this context when
2010          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2011          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2012          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2013          * grouping pages by mobility
2014          */
2015         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2016                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2017                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2018 #endif
2019
2020         if (num_movable)
2021                 *num_movable = 0;
2022
2023         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2024                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2025                         page++;
2026                         continue;
2027                 }
2028
2029                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2030                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2031
2032                 if (!PageBuddy(page)) {
2033                         /*
2034                          * We assume that pages that could be isolated for
2035                          * migration are movable. But we don't actually try
2036                          * isolating, as that would be expensive.
2037                          */
2038                         if (num_movable &&
2039                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2040                                 (*num_movable)++;
2041
2042                         page++;
2043                         continue;
2044                 }
2045
2046                 order = page_order(page);
2047                 list_move(&page->lru,
2048                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2049                 page += 1 << order;
2050                 pages_moved += 1 << order;
2051         }
2052
2053         return pages_moved;
2054 }
2055
2056 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2057                                 int migratetype, int *num_movable)
2058 {
2059         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2060         struct page *start_page, *end_page;
2061
2062         start_pfn = page_to_pfn(page);
2063         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2064         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2065         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2066         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2067
2068         /* Do not cross zone boundaries */
2069         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2070                 start_page = page;
2071         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2072                 return 0;
2073
2074         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2075                                                                 num_movable);
2076 }
2077
2078 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2079                                         int start_order, int migratetype)
2080 {
2081         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2082
2083         while (nr_pageblocks--) {
2084                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2085                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2086         }
2087 }
2088
2089 /*
2090  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2091  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2092  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2093  *
2094  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2095  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2096  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2097  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2098  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2099  * pageblocks.
2100  */
2101 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2102 {
2103         /*
2104          * Leaving this order check is intended, although there is
2105          * relaxed order check in next check. The reason is that
2106          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2107          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2108          * so could be changed anytime.
2109          */
2110         if (order >= pageblock_order)
2111                 return true;
2112
2113         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2114                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2115                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2116                 page_group_by_mobility_disabled)
2117                 return true;
2118
2119         return false;
2120 }
2121
2122 /*
2123  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2124  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2125  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2126  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2127  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2128  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2129  */
2130 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2131                                         int start_type, bool whole_block)
2132 {
2133         unsigned int current_order = page_order(page);
2134         struct free_area *area;
2135         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2136         int old_block_type;
2137
2138         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2139
2140         /*
2141          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2142          * highatomic accounting.
2143          */
2144         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2145                 goto single_page;
2146
2147         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2148         if (current_order >= pageblock_order) {
2149                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2150                 goto single_page;
2151         }
2152
2153         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2154         if (!whole_block)
2155                 goto single_page;
2156
2157         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2158                                                 &movable_pages);
2159         /*
2160          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2161          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2162          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2163          */
2164         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2165                 alike_pages = movable_pages;
2166         } else {
2167                 /*
2168                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2169                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2170                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2171                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2172                  * exact migratetype of non-movable pages.
2173                  */
2174                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2175                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2176                                                 - (free_pages + movable_pages);
2177                 else
2178                         alike_pages = 0;
2179         }
2180
2181         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2182         if (!free_pages)
2183                 goto single_page;
2184
2185         /*
2186          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2187          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2188          */
2189         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2190                         page_group_by_mobility_disabled)
2191                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2192
2193         return;
2194
2195 single_page:
2196         area = &zone->free_area[current_order];
2197         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2198 }
2199
2200 /*
2201  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2202  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2203  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2204  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2205  */
2206 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2207                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2208 {
2209         int i;
2210         int fallback_mt;
2211
2212         if (area->nr_free == 0)
2213                 return -1;
2214
2215         *can_steal = false;
2216         for (i = 0;; i++) {
2217                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2218                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2219                         break;
2220
2221                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2222                         continue;
2223
2224                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2225                         *can_steal = true;
2226
2227                 if (!only_stealable)
2228                         return fallback_mt;
2229
2230                 if (*can_steal)
2231                         return fallback_mt;
2232         }
2233
2234         return -1;
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2239  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2240  */
2241 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2242                                 unsigned int alloc_order)
2243 {
2244         int mt;
2245         unsigned long max_managed, flags;
2246
2247         /*
2248          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2249          * Check is race-prone but harmless.
2250          */
2251         max_managed = (zone->managed_pages / 100) + pageblock_nr_pages;
2252         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2253                 return;
2254
2255         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2256
2257         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2258         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2259                 goto out_unlock;
2260
2261         /* Yoink! */
2262         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2263         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2264             && !is_migrate_cma(mt)) {
2265                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2266                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2267                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2268         }
2269
2270 out_unlock:
2271         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2272 }
2273
2274 /*
2275  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2276  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2277  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2278  * to recover from than an OOM.
2279  *
2280  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2281  * pageblock is exhausted.
2282  */
2283 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2284                                                 bool force)
2285 {
2286         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2287         unsigned long flags;
2288         struct zoneref *z;
2289         struct zone *zone;
2290         struct page *page;
2291         int order;
2292         bool ret;
2293
2294         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2295                                                                 ac->nodemask) {
2296                 /*
2297                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2298                  * is really high.
2299                  */
2300                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2301                                         pageblock_nr_pages)
2302                         continue;
2303
2304                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2305                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2306                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2307
2308                         page = list_first_entry_or_null(
2309                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2310                                         struct page, lru);
2311                         if (!page)
2312                                 continue;
2313
2314                         /*
2315                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2316                          * we can counter several free pages in a pageblock
2317                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2318                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2319                          * adjust the count once.
2320                          */
2321                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2322                                 /*
2323                                  * It should never happen but changes to
2324                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2325                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2326                                  * while unreserving so be safe and watch for
2327                                  * underflows.
2328                                  */
2329                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2330                                                 pageblock_nr_pages,
2331                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2332                         }
2333
2334                         /*
2335                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2336                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2337                          * is doing the work and needs the pages. More
2338                          * importantly, if the block was always converted to
2339                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2340                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2341                          * may increase.
2342                          */
2343                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2344                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2345                                                                         NULL);
2346                         if (ret) {
2347                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2348                                 return ret;
2349                         }
2350                 }
2351                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2352         }
2353
2354         return false;
2355 }
2356
2357 /*
2358  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2359  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2360  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2361  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2362  *
2363  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2364  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2365  * condition simpler.
2366  */
2367 static __always_inline bool
2368 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2369 {
2370         struct free_area *area;
2371         int current_order;
2372         struct page *page;
2373         int fallback_mt;
2374         bool can_steal;
2375
2376         /*
2377          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2378          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2379          * would be too costly to do exactly.
2380          */
2381         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2382                                 --current_order) {
2383                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2384                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2385                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2386                 if (fallback_mt == -1)
2387                         continue;
2388
2389                 /*
2390                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2391                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2392                  * steal and split the smallest available page instead of the
2393                  * largest available page, because even if the next movable
2394                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2395                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2396                  */
2397                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2398                                         && current_order > order)
2399                         goto find_smallest;
2400
2401                 goto do_steal;
2402         }
2403
2404         return false;
2405
2406 find_smallest:
2407         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2408                                                         current_order++) {
2409                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2410                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2411                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2412                 if (fallback_mt != -1)
2413                         break;
2414         }
2415
2416         /*
2417          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2418          * when looking for the largest page.
2419          */
2420         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2421
2422 do_steal:
2423         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2424                                                         struct page, lru);
2425
2426         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2427
2428         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2429                 start_migratetype, fallback_mt);
2430
2431         return true;
2432
2433 }
2434
2435 /*
2436  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2437  * Call me with the zone->lock already held.
2438  */
2439 static __always_inline struct page *
2440 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2441 {
2442         struct page *page;
2443
2444 retry:
2445         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2446         if (unlikely(!page)) {
2447                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2448                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2449
2450                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2451                         goto retry;
2452         }
2453
2454         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2455         return page;
2456 }
2457
2458 /*
2459  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2460  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2461  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2462  */
2463 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2464                         unsigned long count, struct list_head *list,
2465                         int migratetype)
2466 {
2467         int i, alloced = 0;
2468
2469         spin_lock(&zone->lock);
2470         for (i = 0; i < count; ++i) {
2471                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2472                 if (unlikely(page == NULL))
2473                         break;
2474
2475                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2476                         continue;
2477
2478                 /*
2479                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2480                  * physical page order. The page is added to the tail of
2481                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2482                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2483                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2484                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2485                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2486                  * pages are ordered properly.
2487                  */
2488                 list_add_tail(&page->lru, list);
2489                 alloced++;
2490                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2491                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2492                                               -(1 << order));
2493         }
2494
2495         /*
2496          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2497          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2498          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2499          * pages added to the pcp list.
2500          */
2501         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2502         spin_unlock(&zone->lock);
2503         return alloced;
2504 }
2505
2506 #ifdef CONFIG_NUMA
2507 /*
2508  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2509  * currently executing processor on remote nodes after they have
2510  * expired.
2511  *
2512  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2513  * a single processor.
2514  */
2515 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2516 {
2517         unsigned long flags;
2518         int to_drain, batch;
2519
2520         local_irq_save(flags);
2521         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2522         to_drain = min(pcp->count, batch);
2523         if (to_drain > 0)
2524                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2525         local_irq_restore(flags);
2526 }
2527 #endif
2528
2529 /*
2530  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2531  *
2532  * The processor must either be the current processor and the
2533  * thread pinned to the current processor or a processor that
2534  * is not online.
2535  */
2536 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2537 {
2538         unsigned long flags;
2539         struct per_cpu_pageset *pset;
2540         struct per_cpu_pages *pcp;
2541
2542         local_irq_save(flags);
2543         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2544
2545         pcp = &pset->pcp;
2546         if (pcp->count)
2547                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2548         local_irq_restore(flags);
2549 }
2550
2551 /*
2552  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2553  *
2554  * The processor must either be the current processor and the
2555  * thread pinned to the current processor or a processor that
2556  * is not online.
2557  */
2558 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2559 {
2560         struct zone *zone;
2561
2562         for_each_populated_zone(zone) {
2563                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2564         }
2565 }
2566
2567 /*
2568  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2569  *
2570  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2571  * the single zone's pages.
2572  */
2573 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2574 {
2575         int cpu = smp_processor_id();
2576
2577         if (zone)
2578                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2579         else
2580                 drain_pages(cpu);
2581 }
2582
2583 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2584 {
2585         /*
2586          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2587          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2588          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2589          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2590          * a different one.
2591          */
2592         preempt_disable();
2593         drain_local_pages(NULL);
2594         preempt_enable();
2595 }
2596
2597 /*
2598  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2599  *
2600  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2601  *
2602  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2603  */
2604 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2605 {
2606         int cpu;
2607
2608         /*
2609          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2610          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2611          */
2612         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2613
2614         /*
2615          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2616          * initialized.
2617          */
2618         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2619                 return;
2620
2621         /*
2622          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2623          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2624          * the drain to be complete when the call returns.
2625          */
2626         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2627                 if (!zone)
2628                         return;
2629                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2630         }
2631
2632         /*
2633          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2634          * as offline notification will cause the notified
2635          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2636          * disables preemption as part of its processing
2637          */
2638         for_each_online_cpu(cpu) {
2639                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2640                 struct zone *z;
2641                 bool has_pcps = false;
2642
2643                 if (zone) {
2644                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2645                         if (pcp->pcp.count)
2646                                 has_pcps = true;
2647                 } else {
2648                         for_each_populated_zone(z) {
2649                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2650                                 if (pcp->pcp.count) {
2651                                         has_pcps = true;
2652                                         break;
2653                                 }
2654                         }
2655                 }
2656
2657                 if (has_pcps)
2658                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2659                 else
2660                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2661         }
2662
2663         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2664                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2665                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2666                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2667         }
2668         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2669                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2670
2671         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2672 }
2673
2674 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2675
2676 /*
2677  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2678  */
2679 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2680
2681 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2682 {
2683         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2684         unsigned long flags;
2685         unsigned int order, t;
2686         struct page *page;
2687
2688         if (zone_is_empty(zone))
2689                 return;
2690
2691         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2692
2693         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2694         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2695                 if (pfn_valid(pfn)) {
2696                         page = pfn_to_page(pfn);
2697
2698                         if (!--page_count) {
2699                                 touch_nmi_watchdog();
2700                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2701                         }
2702
2703                         if (page_zone(page) != zone)
2704                                 continue;
2705
2706                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2707                                 swsusp_unset_page_free(page);
2708                 }
2709
2710         for_each_migratetype_order(order, t) {
2711                 list_for_each_entry(page,
2712                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2713                         unsigned long i;
2714
2715                         pfn = page_to_pfn(page);
2716                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2717                                 if (!--page_count) {
2718                                         touch_nmi_watchdog();
2719                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2720                                 }
2721                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2722                         }
2723                 }
2724         }
2725         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2726 }
2727 #endif /* CONFIG_PM */
2728
2729 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2730 {
2731         int migratetype;
2732
2733         if (!free_pcp_prepare(page))
2734                 return false;
2735
2736         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2737         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2738         return true;
2739 }
2740
2741 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2742 {
2743         struct zone *zone = page_zone(page);
2744         struct per_cpu_pages *pcp;
2745         int migratetype;
2746
2747         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2748         __count_vm_event(PGFREE);
2749
2750         /*
2751          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2752          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2753          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2754          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2755          * excessively into the page allocator
2756          */
2757         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2758                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2759                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2760                         return;
2761                 }
2762                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2763         }
2764
2765         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2766         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2767         pcp->count++;
2768         if (pcp->count >= pcp->high) {
2769                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2770                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2771         }
2772 }
2773
2774 /*
2775  * Free a 0-order page
2776  */
2777 void free_unref_page(struct page *page)
2778 {
2779         unsigned long flags;
2780         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2781
2782         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2783                 return;
2784
2785         local_irq_save(flags);
2786         free_unref_page_commit(page, pfn);
2787         local_irq_restore(flags);
2788 }
2789
2790 /*
2791  * Free a list of 0-order pages
2792  */
2793 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2794 {
2795         struct page *page, *next;
2796         unsigned long flags, pfn;
2797         int batch_count = 0;
2798
2799         /* Prepare pages for freeing */
2800         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2801                 pfn = page_to_pfn(page);
2802                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2803                         list_del(&page->lru);
2804                 set_page_private(page, pfn);
2805         }
2806
2807         local_irq_save(flags);
2808         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2809                 unsigned long pfn = page_private(page);
2810
2811                 set_page_private(page, 0);
2812                 trace_mm_page_free_batched(page);
2813                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2814
2815                 /*
2816                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2817                  * a large list of pages to free.
2818                  */
2819                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2820                         local_irq_restore(flags);
2821                         batch_count = 0;
2822                         local_irq_save(flags);
2823                 }
2824         }
2825         local_irq_restore(flags);
2826 }
2827
2828 /*
2829  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2830  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2831  * Each sub-page must be freed individually.
2832  *
2833  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2834  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2835  */
2836 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2837 {
2838         int i;
2839
2840         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2841         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2842
2843         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2844                 set_page_refcounted(page + i);
2845         split_page_owner(page, order);
2846 }
2847 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2848
2849 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2850 {
2851         unsigned long watermark;
2852         struct zone *zone;
2853         int mt;
2854
2855         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2856
2857         zone = page_zone(page);
2858         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2859
2860         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2861                 /*
2862                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2863                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2864                  * watermark, because we already know our high-order page
2865                  * exists.
2866                  */
2867                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2868                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2869                         return 0;
2870
2871                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2872         }
2873
2874         /* Remove page from free list */
2875         list_del(&page->lru);
2876         zone->free_area[order].nr_free--;
2877         rmv_page_order(page);
2878
2879         /*
2880          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2881          * pageblock
2882          */
2883         if (order >= pageblock_order - 1) {
2884                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2885                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2886                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2887                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2888                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2889                                 set_pageblock_migratetype(page,
2890                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2891                 }
2892         }
2893
2894
2895         return 1UL << order;
2896 }
2897
2898 /*
2899  * Update NUMA hit/miss statistics
2900  *
2901  * Must be called with interrupts disabled.
2902  */
2903 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2904 {
2905 #ifdef CONFIG_NUMA
2906         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2907
2908         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2909         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2910                 return;
2911
2912         if (z->node != numa_node_id())
2913                 local_stat = NUMA_OTHER;
2914
2915         if (z->node == preferred_zone->node)
2916                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2917         else {
2918                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2919                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2920         }
2921         __inc_numa_state(z, local_stat);
2922 #endif
2923 }
2924
2925 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2926 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2927                         struct per_cpu_pages *pcp,
2928                         struct list_head *list)
2929 {
2930         struct page *page;
2931
2932         do {
2933                 if (list_empty(list)) {
2934                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2935                                         pcp->batch, list,
2936                                         migratetype);
2937                         if (unlikely(list_empty(list)))
2938                                 return NULL;
2939                 }
2940
2941                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2942                 list_del(&page->lru);
2943                 pcp->count--;
2944         } while (check_new_pcp(page));
2945
2946         return page;
2947 }
2948
2949 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2950 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2951                         struct zone *zone, unsigned int order,
2952                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2953 {
2954         struct per_cpu_pages *pcp;
2955         struct list_head *list;
2956         struct page *page;
2957         unsigned long flags;
2958
2959         local_irq_save(flags);
2960         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2961         list = &pcp->lists[migratetype];
2962         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2963         if (page) {
2964                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2965                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2966         }
2967         local_irq_restore(flags);
2968         return page;
2969 }
2970
2971 /*
2972  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2973  */
2974 static inline
2975 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2976                         struct zone *zone, unsigned int order,
2977                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2978                         int migratetype)
2979 {
2980         unsigned long flags;
2981         struct page *page;
2982
2983         if (likely(order == 0)) {
2984                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2985                                 gfp_flags, migratetype);
2986                 goto out;
2987         }
2988
2989         /*
2990          * We most definitely don't want callers attempting to
2991          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2992          */
2993         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2994         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2995
2996         do {
2997                 page = NULL;
2998                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
2999                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3000                         if (page)
3001                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3002                 }
3003                 if (!page)
3004                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3005         } while (page && check_new_pages(page, order));
3006         spin_unlock(&zone->lock);
3007         if (!page)
3008                 goto failed;
3009         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3010                                   get_pcppage_migratetype(page));
3011
3012         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3013         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3014         local_irq_restore(flags);
3015
3016 out:
3017         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3018         return page;
3019
3020 failed:
3021         local_irq_restore(flags);
3022         return NULL;
3023 }
3024
3025 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3026
3027 static struct {
3028         struct fault_attr attr;
3029
3030         bool ignore_gfp_highmem;
3031         bool ignore_gfp_reclaim;
3032         u32 min_order;
3033 } fail_page_alloc = {
3034         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3035         .ignore_gfp_reclaim = true,
3036         .ignore_gfp_highmem = true,
3037         .min_order = 1,
3038 };
3039
3040 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3041 {
3042         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3043 }
3044 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3045
3046 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3047 {
3048         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3049                 return false;
3050         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3051                 return false;
3052         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3053                 return false;
3054         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3055                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3056                 return false;
3057
3058         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3059 }
3060
3061 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3062
3063 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3064 {
3065         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3066         struct dentry *dir;
3067
3068         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3069                                         &fail_page_alloc.attr);
3070         if (IS_ERR(dir))
3071                 return PTR_ERR(dir);
3072
3073         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3074                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3075                 goto fail;
3076         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3077                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3078                 goto fail;
3079         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3080                                 &fail_page_alloc.min_order))
3081                 goto fail;
3082
3083         return 0;
3084 fail:
3085         debugfs_remove_recursive(dir);
3086
3087         return -ENOMEM;
3088 }
3089
3090 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3091
3092 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3093
3094 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3095
3096 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3097 {
3098         return false;
3099 }
3100
3101 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3102
3103 /*
3104  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3105  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3106  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3107  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3108  */
3109 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3110                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3111                          long free_pages)
3112 {
3113         long min = mark;
3114         int o;
3115         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3116
3117         /* free_pages may go negative - that's OK */
3118         free_pages -= (1 << order) - 1;
3119
3120         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3121                 min -= min / 2;
3122
3123         /*
3124          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3125          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3126          * atomic reserve but it avoids a search.
3127          */
3128         if (likely(!alloc_harder)) {
3129                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3130         } else {
3131                 /*
3132                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3133                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3134                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3135                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3136                  */
3137                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3138                         min -= min / 2;
3139                 else
3140                         min -= min / 4;
3141         }
3142
3143
3144 #ifdef CONFIG_CMA
3145         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3146         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3147                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3148 #endif
3149
3150         /*
3151          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3152          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3153          * even if a suitable page happened to be free.
3154          */
3155         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3156                 return false;
3157
3158         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3159         if (!order)
3160                 return true;
3161
3162         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3163         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3164                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3165                 int mt;
3166
3167                 if (!area->nr_free)
3168                         continue;
3169
3170                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3171                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3172                                 return true;
3173                 }
3174
3175 #ifdef CONFIG_CMA
3176                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3177                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3178                         return true;
3179                 }
3180 #endif
3181                 if (alloc_harder &&
3182                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3183                         return true;
3184         }
3185         return false;
3186 }
3187
3188 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3189                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3190 {
3191         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3192                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3193 }
3194
3195 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3196                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3197 {
3198         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3199         long cma_pages = 0;
3200
3201 #ifdef CONFIG_CMA
3202         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3203         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3204                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3205 #endif
3206
3207         /*
3208          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3209          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3210          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3211          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3212          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3213          */
3214         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3215                 return true;
3216
3217         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3218                                         free_pages);
3219 }
3220
3221 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3222                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3223 {
3224         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3225
3226         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3227                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3228
3229         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3230                                                                 free_pages);
3231 }
3232
3233 #ifdef CONFIG_NUMA
3234 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3235 {
3236         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3237                                 RECLAIM_DISTANCE;
3238 }
3239 #else   /* CONFIG_NUMA */
3240 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3241 {
3242         return true;
3243 }
3244 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3245
3246 /*
3247  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3248  * a page.
3249  */
3250 static struct page *
3251 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3252                                                 const struct alloc_context *ac)
3253 {
3254         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3255         struct zone *zone;
3256         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3257
3258         /*
3259          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3260          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3261          */
3262         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3263                                                                 ac->nodemask) {
3264                 struct page *page;
3265                 unsigned long mark;
3266
3267                 if (cpusets_enabled() &&
3268                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3269                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3270                                 continue;
3271                 /*
3272                  * When allocating a page cache page for writing, we
3273                  * want to get it from a node that is within its dirty
3274                  * limit, such that no single node holds more than its
3275                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3276                  * The dirty limits take into account the node's
3277                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3278                  * should be able to balance it without having to
3279                  * write pages from its LRU list.
3280                  *
3281                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3282                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3283                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3284                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3285                  * nodes are together not big enough to reach the
3286                  * global limit.  The proper fix for these situations
3287                  * will require awareness of nodes in the
3288                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3289                  */
3290                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3291                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3292                                 continue;
3293
3294                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3295                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3296                                 continue;
3297                         }
3298                 }
3299
3300                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3301                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3302                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3303                         int ret;
3304
3305 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3306                         /*
3307                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3308                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3309                          */
3310                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3311                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3312                                         goto try_this_zone;
3313                         }
3314 #endif
3315                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3316                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3317                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3318                                 goto try_this_zone;
3319
3320                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3321                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3322                                 continue;
3323
3324                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3325                         switch (ret) {
3326                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3327                                 /* did not scan */
3328                                 continue;
3329                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3330                                 /* scanned but unreclaimable */
3331                                 continue;
3332                         default:
3333                                 /* did we reclaim enough */
3334                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3335                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3336                                         goto try_this_zone;
3337
3338                                 continue;
3339                         }
3340                 }
3341
3342 try_this_zone:
3343                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3344                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3345                 if (page) {
3346                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3347
3348                         /*
3349                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3350                          * if the pageblock should be reserved for the future
3351                          */
3352                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3353                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3354
3355                         return page;
3356                 } else {
3357 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3358                         /* Try again if zone has deferred pages */
3359                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3360                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3361                                         goto try_this_zone;
3362                         }
3363 #endif
3364                 }
3365         }
3366
3367         return NULL;
3368 }
3369
3370 /*
3371  * Large machines with many possible nodes should not always dump per-node
3372  * meminfo in irq context.
3373  */
3374 static inline bool should_suppress_show_mem(void)
3375 {
3376         bool ret = false;
3377
3378 #if NODES_SHIFT > 8
3379         ret = in_interrupt();
3380 #endif
3381         return ret;
3382 }
3383
3384 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3385 {
3386         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3387         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3388
3389         if (should_suppress_show_mem() || !__ratelimit(&show_mem_rs))
3390                 return;
3391
3392         /*
3393          * This documents exceptions given to allocations in certain
3394          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3395          * of allowed nodes.
3396          */
3397         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3398                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3399                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3400                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3401         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3402                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3403
3404         show_mem(filter, nodemask);
3405 }
3406
3407 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3408 {
3409         struct va_format vaf;
3410         va_list args;
3411         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3412                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3413
3414         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3415                 return;
3416
3417         va_start(args, fmt);
3418         vaf.fmt = fmt;
3419         vaf.va = &args;
3420         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3421                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3422                         nodemask_pr_args(nodemask));
3423         va_end(args);
3424
3425         cpuset_print_current_mems_allowed();
3426
3427         dump_stack();
3428         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3429 }
3430
3431 static inline struct page *
3432 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3433                               unsigned int alloc_flags,
3434                               const struct alloc_context *ac)
3435 {
3436         struct page *page;
3437
3438         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3439                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3440         /*
3441          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3442          * are depleted
3443          */
3444         if (!page)
3445                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3446                                 alloc_flags, ac);
3447
3448         return page;
3449 }
3450
3451 static inline struct page *
3452 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3453         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3454 {
3455         struct oom_control oc = {
3456                 .zonelist = ac->zonelist,
3457                 .nodemask = ac->nodemask,
3458                 .memcg = NULL,
3459                 .gfp_mask = gfp_mask,
3460                 .order = order,
3461         };
3462         struct page *page;
3463
3464         *did_some_progress = 0;
3465
3466         /*
3467          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3468          * making progress for us.
3469          */
3470         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3471                 *did_some_progress = 1;
3472                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3473                 return NULL;
3474         }
3475
3476         /*
3477          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3478          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3479          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3480          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3481          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3482          */
3483         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3484                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3485                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3486         if (page)
3487                 goto out;
3488
3489         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3490         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3491                 goto out;
3492         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3493         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3494                 goto out;
3495         /*
3496          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3497          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3498          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3499          * fallback than shooting a random task.
3500          */
3501         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3502                 goto out;
3503         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3504         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3505                 goto out;
3506         if (pm_suspended_storage())
3507                 goto out;
3508         /*
3509          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3510          * other request to make a forward progress.
3511          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3512          * do much for this context but let's try it to at least get
3513          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3514          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3515          * failures more gracefully we should just bail out here.
3516          */
3517
3518         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3519         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3520                 goto out;
3521
3522         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3523         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3524                 *did_some_progress = 1;
3525
3526                 /*
3527                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3528                  * reserves
3529                  */
3530                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3531                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3532                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3533         }
3534 out:
3535         mutex_unlock(&oom_lock);
3536         return page;
3537 }
3538
3539 /*
3540  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3541  * killer is consider as the only way to move forward.
3542  */
3543 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3544
3545 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3546 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3547 static struct page *
3548 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3549                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3550                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3551 {
3552         struct page *page;
3553         unsigned int noreclaim_flag;
3554
3555         if (!order)
3556                 return NULL;
3557
3558         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3559         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3560                                                                         prio);
3561         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3562
3563         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3564                 return NULL;
3565
3566         /*
3567          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3568          * count a compaction stall
3569          */
3570         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3571
3572         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3573
3574         if (page) {
3575                 struct zone *zone = page_zone(page);
3576
3577                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3578                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3579                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3580                 return page;
3581         }
3582
3583         /*
3584          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3585          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3586          */
3587         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3588
3589         cond_resched();
3590
3591         return NULL;
3592 }
3593
3594 static inline bool
3595 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3596                      enum compact_result compact_result,
3597                      enum compact_priority *compact_priority,
3598                      int *compaction_retries)
3599 {
3600         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3601         int min_priority;
3602         bool ret = false;
3603         int retries = *compaction_retries;
3604         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3605
3606         if (!order)
3607                 return false;
3608
3609         if (compaction_made_progress(compact_result))
3610                 (*compaction_retries)++;
3611
3612         /*
3613          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3614          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3615          * failure could be caused by insufficient priority
3616          */
3617         if (compaction_failed(compact_result))
3618                 goto check_priority;
3619
3620         /*
3621          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3622          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3623          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3624          * compaction.
3625          */
3626         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3627                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3628                 goto out;
3629         }
3630
3631         /*
3632          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3633          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3634          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3635          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3636          * would need much more detailed feedback from compaction to
3637          * make a better decision.
3638          */
3639         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3640                 max_retries /= 4;
3641         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3642                 ret = true;
3643                 goto out;
3644         }
3645
3646         /*
3647          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3648          * all retries or failed at the lower priorities.
3649          */
3650 check_priority:
3651         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3652                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3653
3654         if (*compact_priority > min_priority) {
3655                 (*compact_priority)--;
3656                 *compaction_retries = 0;
3657                 ret = true;
3658         }
3659 out:
3660         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3661         return ret;
3662 }
3663 #else
3664 static inline struct page *
3665 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3666                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3667                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3668 {
3669         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3670         return NULL;
3671 }
3672
3673 static inline bool
3674 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3675                      enum compact_result compact_result,
3676                      enum compact_priority *compact_priority,
3677                      int *compaction_retries)
3678 {
3679         struct zone *zone;
3680         struct zoneref *z;
3681
3682         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3683                 return false;
3684
3685         /*
3686          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3687          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3688          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3689          * watermarks are OK.
3690          */
3691         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3692                                         ac->nodemask) {
3693                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3694                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3695                         return true;
3696         }
3697         return false;
3698 }
3699 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3700
3701 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3702 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3703         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3704
3705 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3706 {
3707         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3708
3709         /* no reclaim without waiting on it */
3710         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3711                 return false;
3712
3713         /* this guy won't enter reclaim */
3714         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3715                 return false;
3716
3717         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3718         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3719                 return false;
3720
3721         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3722                 return false;
3723
3724         return true;
3725 }
3726
3727 void __fs_reclaim_acquire(void)
3728 {
3729         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3730 }
3731
3732 void __fs_reclaim_release(void)
3733 {
3734         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3735 }
3736
3737 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3738 {
3739         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3740                 __fs_reclaim_acquire();
3741 }
3742 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3743
3744 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3745 {
3746         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3747                 __fs_reclaim_release();
3748 }
3749 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3750 #endif
3751
3752 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3753 static int
3754 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3755                                         const struct alloc_context *ac)
3756 {
3757         struct reclaim_state reclaim_state;
3758         int progress;
3759         unsigned int noreclaim_flag;
3760
3761         cond_resched();
3762
3763         /* We now go into synchronous reclaim */
3764         cpuset_memory_pressure_bump();
3765         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3766         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3767         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3768         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3769
3770         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3771                                                                 ac->nodemask);
3772
3773         current->reclaim_state = NULL;
3774         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3775         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3776
3777         cond_resched();
3778
3779         return progress;
3780 }
3781
3782 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3783 static inline struct page *
3784 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3785                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3786                 unsigned long *did_some_progress)
3787 {
3788         struct page *page = NULL;
3789         bool drained = false;
3790
3791         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3792         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3793                 return NULL;
3794
3795 retry:
3796         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3797
3798         /*
3799          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3800          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3801          * Shrink them them and try again
3802          */
3803         if (!page && !drained) {
3804                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3805                 drain_all_pages(NULL);
3806                 drained = true;
3807                 goto retry;
3808         }
3809
3810         return page;
3811 }
3812
3813 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3814                              const struct alloc_context *ac)
3815 {
3816         struct zoneref *z;
3817         struct zone *zone;
3818         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3819         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3820
3821         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3822                                         ac->nodemask) {
3823                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3824                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3825                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3826         }
3827 }
3828
3829 static inline unsigned int
3830 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3831 {
3832         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3833
3834         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3835         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3836
3837         /*
3838          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3839          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3840          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3841          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3842          */
3843         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3844
3845         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3846                 /*
3847                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3848                  * if it can't schedule.
3849                  */
3850                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3851                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3852                 /*
3853                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3854                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3855                  */
3856                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3857         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3858                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3859
3860 #ifdef CONFIG_CMA
3861         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3862                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3863 #endif
3864         return alloc_flags;
3865 }
3866
3867 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3868 {
3869         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3870                 return false;
3871
3872         /*
3873          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3874          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3875          */
3876         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3877                 return false;
3878
3879         return true;
3880 }
3881
3882 /*
3883  * Distinguish requests which really need access to full memory
3884  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3885  */
3886 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3887 {
3888         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3889                 return 0;
3890         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3891                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3892         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3893                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3894         if (!in_interrupt()) {
3895                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3896                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3897                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3898                         return ALLOC_OOM;
3899         }
3900
3901         return 0;
3902 }
3903
3904 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3905 {
3906         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3907 }
3908
3909 /*
3910  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3911  * for the given allocation request.
3912  *
3913  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3914  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3915  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3916  *
3917  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3918  */
3919 static inline bool
3920 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3921                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3922                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3923 {
3924         struct zone *zone;
3925         struct zoneref *z;
3926
3927         /*
3928          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3929          * their order will become available due to high fragmentation so
3930          * always increment the no progress counter for them
3931          */
3932         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3933                 *no_progress_loops = 0;
3934         else
3935                 (*no_progress_loops)++;
3936
3937         /*
3938          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3939          * several times in the row.
3940          */
3941         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3942                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3943                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3944         }
3945
3946         /*
3947          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3948          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3949          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3950          * screwed and have to go OOM.
3951          */
3952         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3953                                         ac->nodemask) {
3954                 unsigned long available;
3955                 unsigned long reclaimable;
3956                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3957                 bool wmark;
3958
3959                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3960                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3961
3962                 /*
3963                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3964                  * reclaimable pages?
3965                  */
3966                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3967                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3968                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3969                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3970                 if (wmark) {
3971                         /*
3972                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3973                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3974                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3975                          * prevent from pre mature OOM
3976                          */
3977                         if (!did_some_progress) {
3978                                 unsigned long write_pending;
3979
3980                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3981                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3982
3983                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3984                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3985                                         return true;
3986                                 }
3987                         }
3988
3989                         /*
3990                          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ
3991                          * context and the current implementation of the WQ
3992                          * concurrency control doesn't recognize that
3993                          * a particular WQ is congested if the worker thread is
3994                          * looping without ever sleeping. Therefore we have to
3995                          * do a short sleep here rather than calling
3996                          * cond_resched().
3997                          */
3998                         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3999                                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4000                         else
4001                                 cond_resched();
4002
4003                         return true;
4004                 }
4005         }
4006
4007         return false;
4008 }
4009
4010 static inline bool
4011 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4012 {
4013         /*
4014          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4015          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4016          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4017          * such a way the check therein was true, and then it became false
4018          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4019          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4020          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4021          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4022          * caller can deal with a violated nodemask.
4023          */
4024         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4025                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4026                 ac->nodemask = NULL;
4027                 return true;
4028         }
4029
4030         /*
4031          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4032          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4033          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4034          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4035          * retry.
4036          */
4037         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4038                 return true;
4039
4040         return false;
4041 }
4042
4043 static inline struct page *
4044 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4045                                                 struct alloc_context *ac)
4046 {
4047         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4048         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4049         struct page *page = NULL;
4050         unsigned int alloc_flags;
4051         unsigned long did_some_progress;
4052         enum compact_priority compact_priority;
4053         enum compact_result compact_result;
4054         int compaction_retries;
4055         int no_progress_loops;
4056         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4057         int reserve_flags;
4058
4059         /*
4060          * In the slowpath, we sanity check order to avoid ever trying to
4061          * reclaim >= MAX_ORDER areas which will never succeed. Callers may
4062          * be using allocators in order of preference for an area that is
4063          * too large.
4064          */
4065         if (order >= MAX_ORDER) {
4066                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4067                 return NULL;
4068         }
4069
4070         /*
4071          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4072          * callers that are not in atomic context.
4073          */
4074         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4075                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4076                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4077
4078 retry_cpuset:
4079         compaction_retries = 0;
4080         no_progress_loops = 0;
4081         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4082         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4083
4084         /*
4085          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4086          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4087          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4088          */
4089         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4090
4091         /*
4092          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4093          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4094          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4095          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4096          */
4097         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4098                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4099         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4100                 goto nopage;
4101
4102         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4103                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4104
4105         /*
4106          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4107          * that first
4108          */
4109         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4110         if (page)
4111                 goto got_pg;
4112
4113         /*
4114          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4115          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4116          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4117          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4118          * same migratetype.
4119          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4120          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4121          */
4122         if (can_direct_reclaim &&
4123                         (costly_order ||
4124                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4125                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4126                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4127                                                 alloc_flags, ac,
4128                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4129                                                 &compact_result);
4130                 if (page)
4131                         goto got_pg;
4132
4133                 /*
4134                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4135                  * includes THP page fault allocations
4136                  */
4137                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4138                         /*
4139                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4140                          * it is because sync compaction recently failed. If
4141                          * this is the case and the caller requested a THP
4142                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4143                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4144                          * direct reclaim.
4145                          */
4146                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4147                                 goto nopage;
4148
4149                         /*
4150                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4151                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4152                          * using async compaction.
4153                          */
4154                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4155                 }
4156         }
4157
4158 retry:
4159         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4160         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4161                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4162
4163         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4164         if (reserve_flags)
4165                 alloc_flags = reserve_flags;
4166
4167         /*
4168          * Reset the zonelist iterators if memory policies can be ignored.
4169          * These allocations are high priority and system rather than user
4170          * orientated.
4171          */
4172         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4173                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4174                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4175         }
4176
4177         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4178         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4179         if (page)
4180                 goto got_pg;
4181
4182         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4183         if (!can_direct_reclaim)
4184                 goto nopage;
4185
4186         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4187         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4188                 goto nopage;
4189
4190         /* Try direct reclaim and then allocating */
4191         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4192                                                         &did_some_progress);
4193         if (page)
4194                 goto got_pg;
4195
4196         /* Try direct compaction and then allocating */
4197         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4198                                         compact_priority, &compact_result);
4199         if (page)
4200                 goto got_pg;
4201
4202         /* Do not loop if specifically requested */
4203         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4204                 goto nopage;
4205
4206         /*
4207          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4208          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4209          */
4210         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4211                 goto nopage;
4212
4213         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4214                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4215                 goto retry;
4216
4217         /*
4218          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4219          * reclaim is not able to make any progress because the current
4220          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4221          * of free memory (see __compaction_suitable)
4222          */
4223         if (did_some_progress > 0 &&
4224                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4225                                 compact_result, &compact_priority,
4226                                 &compaction_retries))
4227                 goto retry;
4228
4229
4230         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4231         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4232                 goto retry_cpuset;
4233
4234         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4235         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4236         if (page)
4237                 goto got_pg;
4238
4239         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4240         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4241             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4242              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4243                 goto nopage;
4244
4245         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4246         if (did_some_progress) {
4247                 no_progress_loops = 0;
4248                 goto retry;
4249         }
4250
4251 nopage:
4252         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4253         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4254                 goto retry_cpuset;
4255
4256         /*
4257          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4258          * we always retry
4259          */
4260         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4261                 /*
4262                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4263                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4264                  */
4265                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4266                         goto fail;
4267
4268                 /*
4269                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4270                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4271                  * for somebody to do a work for us
4272                  */
4273                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4274
4275                 /*
4276                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4277                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4278                  * so that we can identify them and convert them to something
4279                  * else.
4280                  */
4281                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4282
4283                 /*
4284                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4285                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4286                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4287                  * the situation worse
4288                  */
4289                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4290                 if (page)
4291                         goto got_pg;
4292
4293                 cond_resched();
4294                 goto retry;
4295         }
4296 fail:
4297         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4298                         "page allocation failure: order:%u", order);
4299 got_pg:
4300         return page;
4301 }
4302
4303 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4304                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4305                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4306                 unsigned int *alloc_flags)
4307 {
4308         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4309         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4310         ac->nodemask = nodemask;
4311         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4312
4313         if (cpusets_enabled()) {
4314                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4315                 if (!ac->nodemask)
4316                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4317                 else
4318                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4319         }
4320
4321         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4322         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4323
4324         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4325
4326         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4327                 return false;
4328
4329         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4330                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4331
4332         return true;
4333 }
4334
4335 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4336 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4337 {
4338         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4339         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4340
4341         /*
4342          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4343          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4344          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4345          */
4346         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4347                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4348 }
4349
4350 /*
4351  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4352  */
4353 struct page *
4354 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4355                                                         nodemask_t *nodemask)
4356 {
4357         struct page *page;
4358         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4359         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4360         struct alloc_context ac = { };
4361
4362         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4363         alloc_mask = gfp_mask;
4364         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4365                 return NULL;
4366
4367         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4368
4369         /* First allocation attempt */
4370         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4371         if (likely(page))
4372                 goto out;
4373
4374         /*
4375          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4376          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4377          * from a particular context which has been marked by
4378          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4379          */
4380         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4381         ac.spread_dirty_pages = false;
4382
4383         /*
4384          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4385          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4386          */
4387         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4388                 ac.nodemask = nodemask;
4389
4390         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4391
4392 out:
4393         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4394             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4395                 __free_pages(page, order);
4396                 page = NULL;
4397         }
4398
4399         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4400
4401         return page;
4402 }
4403 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4404
4405 /*
4406  * Common helper functions.
4407  */
4408 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4409 {
4410         struct page *page;
4411
4412         /*
4413          * __get_free_pages() returns a virtual address, which cannot represent
4414          * a highmem page
4415          */
4416         VM_BUG_ON((gfp_mask & __GFP_HIGHMEM) != 0);
4417
4418         page = alloc_pages(gfp_mask, order);
4419         if (!page)
4420                 return 0;
4421         return (unsigned long) page_address(page);
4422 }
4423 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4424
4425 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4426 {
4427         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4428 }
4429 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4430
4431 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4432 {
4433         if (put_page_testzero(page)) {
4434                 if (order == 0)
4435                         free_unref_page(page);
4436                 else
4437                         __free_pages_ok(page, order);
4438         }
4439 }
4440
4441 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4442
4443 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4444 {
4445         if (addr != 0) {
4446                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4447                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4448         }
4449 }
4450
4451 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4452
4453 /*
4454  * Page Fragment:
4455  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4456  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4457  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4458  *
4459  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4460  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4461  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4462  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4463  */
4464 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4465                                              gfp_t gfp_mask)
4466 {
4467         struct page *page = NULL;
4468         gfp_t gfp = gfp_mask;
4469
4470 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4471         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4472                     __GFP_NOMEMALLOC;
4473         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4474                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4475         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4476 #endif
4477         if (unlikely(!page))
4478                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4479
4480         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4481
4482         return page;
4483 }
4484
4485 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4486 {
4487         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4488
4489         if (page_ref_sub_and_test(page, count)) {
4490                 unsigned int order = compound_order(page);
4491
4492                 if (order == 0)
4493                         free_unref_page(page);
4494                 else
4495                         __free_pages_ok(page, order);
4496         }
4497 }
4498 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4499
4500 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4501                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4502 {
4503         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4504         struct page *page;
4505         int offset;
4506
4507         if (unlikely(!nc->va)) {
4508 refill:
4509                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4510                 if (!page)
4511                         return NULL;
4512
4513 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4514                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4515                 size = nc->size;
4516 #endif
4517                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4518                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4519                  */
4520                 page_ref_add(page, size - 1);
4521
4522                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4523                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4524                 nc->pagecnt_bias = size;
4525                 nc->offset = size;
4526         }
4527
4528         offset = nc->offset - fragsz;
4529         if (unlikely(offset < 0)) {
4530                 page = virt_to_page(nc->va);
4531
4532                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4533                         goto refill;
4534
4535 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4536                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4537                 size = nc->size;
4538 #endif
4539                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4540                 set_page_count(page, size);
4541
4542                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4543                 nc->pagecnt_bias = size;
4544                 offset = size - fragsz;
4545         }
4546
4547         nc->pagecnt_bias--;
4548         nc->offset = offset;
4549
4550         return nc->va + offset;
4551 }
4552 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4553
4554 /*
4555  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4556  */
4557 void page_frag_free(void *addr)
4558 {
4559         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4560
4561         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4562                 __free_pages_ok(page, compound_order(page));
4563 }
4564 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4565
4566 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4567                 size_t size)
4568 {
4569         if (addr) {
4570                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4571                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4572
4573                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4574                 while (used < alloc_end) {
4575                         free_page(used);
4576                         used += PAGE_SIZE;
4577                 }
4578         }
4579         return (void *)addr;
4580 }
4581
4582 /**
4583  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4584  * @size: the number of bytes to allocate
4585  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4586  *
4587  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4588  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4589  * allocate memory in power-of-two pages.
4590  *
4591  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4592  *
4593  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4594  */
4595 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4596 {
4597         unsigned int order = get_order(size);
4598         unsigned long addr;
4599
4600         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4601         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4602 }
4603 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4604
4605 /**
4606  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4607  *                         pages on a node.
4608  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4609  * @size: the number of bytes to allocate
4610  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4611  *
4612  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4613  * back.
4614  */
4615 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4616 {
4617         unsigned int order = get_order(size);
4618         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4619         if (!p)
4620                 return NULL;
4621         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4622 }
4623
4624 /**
4625  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4626  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4627  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4628  *
4629  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4630  */
4631 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4632 {
4633         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4634         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4635
4636         while (addr < end) {
4637                 free_page(addr);
4638                 addr += PAGE_SIZE;
4639         }
4640 }
4641 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4642
4643 /**
4644  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4645  * @offset: The zone index of the highest zone
4646  *
4647  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4648  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4649  * zone, the number of pages is calculated as:
4650  *
4651  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4652  */
4653 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4654 {
4655         struct zoneref *z;
4656         struct zone *zone;
4657
4658         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4659         unsigned long sum = 0;
4660
4661         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4662
4663         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4664                 unsigned long size = zone->managed_pages;
4665                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4666                 if (size > high)
4667                         sum += size - high;
4668         }
4669
4670         return sum;
4671 }
4672
4673 /**
4674  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4675  *
4676  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4677  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4678  */
4679 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4680 {
4681         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4682 }
4683 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4684
4685 /**
4686  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4687  *
4688  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4689  * high watermark within all zones.
4690  */
4691 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4692 {
4693         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4694 }
4695
4696 static inline void show_node(struct zone *zone)
4697 {
4698         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4699                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4700 }
4701
4702 long si_mem_available(void)
4703 {
4704         long available;
4705         unsigned long pagecache;
4706         unsigned long wmark_low = 0;
4707         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4708         struct zone *zone;
4709         int lru;
4710
4711         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4712                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4713
4714         for_each_zone(zone)
4715                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4716
4717         /*
4718          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4719          * without causing swapping.
4720          */
4721         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4722
4723         /*
4724          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4725          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4726          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4727          */
4728         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4729         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4730         available += pagecache;
4731
4732         /*
4733          * Part of the reclaimable slab consists of items that are in use,
4734          * and cannot be freed. Cap this estimate at the low watermark.
4735          */
4736         available += global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) -
4737                      min(global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) / 2,
4738                          wmark_low);
4739
4740         /*
4741          * Part of the kernel memory, which can be released under memory
4742          * pressure.
4743          */
4744         available += global_node_page_state(NR_INDIRECTLY_RECLAIMABLE_BYTES) >>
4745                 PAGE_SHIFT;
4746
4747         if (available < 0)
4748                 available = 0;
4749         return available;
4750 }
4751 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4752
4753 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4754 {
4755         val->totalram = totalram_pages;
4756         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4757         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4758         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4759         val->totalhigh = totalhigh_pages;
4760         val->freehigh = nr_free_highpages();
4761         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4762 }
4763
4764 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4765
4766 #ifdef CONFIG_NUMA
4767 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4768 {
4769         int zone_type;          /* needs to be signed */
4770         unsigned long managed_pages = 0;
4771         unsigned long managed_highpages = 0;
4772         unsigned long free_highpages = 0;
4773         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4774
4775         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4776                 managed_pages += pgdat->node_zones[zone_type].managed_pages;
4777         val->totalram = managed_pages;
4778         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4779         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4780 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4781         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4782                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4783
4784                 if (is_highmem(zone)) {
4785                         managed_highpages += zone->managed_pages;
4786                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4787                 }
4788         }
4789         val->totalhigh = managed_highpages;
4790         val->freehigh = free_highpages;
4791 #else
4792         val->totalhigh = managed_highpages;
4793         val->freehigh = free_highpages;
4794 #endif
4795         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4796 }
4797 #endif
4798
4799 /*
4800  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4801  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4802  */
4803 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4804 {
4805         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4806                 return false;
4807
4808         /*
4809          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4810          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4811          * have to be precise here.
4812          */
4813         if (!nodemask)
4814                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4815
4816         return !node_isset(nid, *nodemask);
4817 }
4818
4819 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4820
4821 static void show_migration_types(unsigned char type)
4822 {
4823         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4824                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4825                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4826                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4827                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4828 #ifdef CONFIG_CMA
4829                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4830 #endif
4831 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4832                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4833 #endif
4834         };
4835         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4836         char *p = tmp;
4837         int i;
4838
4839         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4840                 if (type & (1 << i))
4841                         *p++ = types[i];
4842         }
4843
4844         *p = '\0';
4845         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4846 }
4847
4848 /*
4849  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4850  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4851  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4852  *
4853  * Bits in @filter:
4854  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4855  *   cpuset.
4856  */
4857 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4858 {
4859         unsigned long free_pcp = 0;
4860         int cpu;
4861         struct zone *zone;
4862         pg_data_t *pgdat;
4863
4864         for_each_populated_zone(zone) {
4865                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4866                         continue;
4867
4868                 for_each_online_cpu(cpu)
4869                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4870         }
4871
4872         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4873                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4874                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4875                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4876                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4877                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4878                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4879                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4880                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4881                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4882                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4883                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4884                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4885                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4886                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4887                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4888                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4889                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4890                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4891                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4892                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4893                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4894                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4895                 free_pcp,
4896                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4897
4898         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4899                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4900                         continue;
4901
4902                 printk("Node %d"
4903                         " active_anon:%lukB"
4904                         " inactive_anon:%lukB"
4905                         " active_file:%lukB"
4906                         " inactive_file:%lukB"
4907                         " unevictable:%lukB"
4908                         " isolated(anon):%lukB"
4909                         " isolated(file):%lukB"
4910                         " mapped:%lukB"
4911                         " dirty:%lukB"
4912                         " writeback:%lukB"
4913                         " shmem:%lukB"
4914 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4915                         " shmem_thp: %lukB"
4916                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4917                         " anon_thp: %lukB"
4918 #endif
4919                         " writeback_tmp:%lukB"
4920                         " unstable:%lukB"
4921                         " all_unreclaimable? %s"
4922                         "\n",
4923                         pgdat->node_id,
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4925                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4926                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4928                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4929                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4930                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4931                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4932                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4933                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4934                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4935 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4936                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4937                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4938                                         * HPAGE_PMD_NR),
4939                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4940 #endif
4941                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4942                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4943                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4944                                 "yes" : "no");
4945         }
4946
4947         for_each_populated_zone(zone) {
4948                 int i;
4949
4950                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4951                         continue;
4952
4953                 free_pcp = 0;
4954                 for_each_online_cpu(cpu)
4955                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4956
4957                 show_node(zone);
4958                 printk(KERN_CONT
4959                         "%s"
4960                         " free:%lukB"
4961                         " min:%lukB"
4962                         " low:%lukB"
4963                         " high:%lukB"
4964                         " active_anon:%lukB"
4965                         " inactive_anon:%lukB"
4966                         " active_file:%lukB"
4967                         " inactive_file:%lukB"
4968                         " unevictable:%lukB"
4969                         " writepending:%lukB"
4970                         " present:%lukB"
4971                         " managed:%lukB"
4972                         " mlocked:%lukB"
4973                         " kernel_stack:%lukB"
4974                         " pagetables:%lukB"
4975                         " bounce:%lukB"
4976                         " free_pcp:%lukB"
4977                         " local_pcp:%ukB"
4978                         " free_cma:%lukB"
4979                         "\n",
4980                         zone->name,
4981                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4982                         K(min_wmark_pages(zone)),
4983                         K(low_wmark_pages(zone)),
4984                         K(high_wmark_pages(zone)),
4985                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4986                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4987                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4988                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4989                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4990                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4991                         K(zone->present_pages),
4992                         K(zone->managed_pages),
4993                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4994                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4995                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4996                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4997                         K(free_pcp),
4998                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4999                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5000                 printk("lowmem_reserve[]:");
5001                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5002                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5003                 printk(KERN_CONT "\n");
5004         }
5005
5006         for_each_populated_zone(zone) {
5007                 unsigned int order;
5008                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5009                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5010
5011                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5012                         continue;
5013                 show_node(zone);
5014                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5015
5016                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5017                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5018                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5019                         int type;
5020
5021                         nr[order] = area->nr_free;
5022                         total += nr[order] << order;
5023
5024                         types[order] = 0;
5025                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5026                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5027                                         types[order] |= 1 << type;
5028                         }
5029                 }
5030                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5031                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5032                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5033                                nr[order], K(1UL) << order);
5034                         if (nr[order])
5035                                 show_migration_types(types[order]);
5036                 }
5037                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5038         }
5039
5040         hugetlb_show_meminfo();
5041
5042         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5043
5044         show_swap_cache_info();
5045 }
5046
5047 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5048 {
5049         zoneref->zone = zone;
5050         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5051 }
5052
5053 /*
5054  * Builds allocation fallback zone lists.
5055  *
5056  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5057  */
5058 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5059 {
5060         struct zone *zone;
5061         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5062         int nr_zones = 0;
5063
5064         do {
5065                 zone_type--;
5066                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5067                 if (managed_zone(zone)) {
5068                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5069                         check_highest_zone(zone_type);
5070                 }
5071         } while (zone_type);
5072
5073         return nr_zones;
5074 }
5075
5076 #ifdef CONFIG_NUMA
5077
5078 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5079 {
5080         /*
5081          * We used to support different zonlists modes but they turned
5082          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5083          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5084          * not fail it silently
5085          */
5086         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5087                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5088                 return -EINVAL;
5089         }
5090         return 0;
5091 }
5092
5093 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5094 {
5095         if (!s)
5096                 return 0;
5097
5098         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5099 }
5100 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5101
5102 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5103
5104 /*
5105  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5106  */
5107 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5108                 void __user *buffer, size_t *length,
5109                 loff_t *ppos)
5110 {
5111         char *str;
5112         int ret;
5113
5114         if (!write)
5115                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5116         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5117         if (IS_ERR(str))
5118                 return PTR_ERR(str);
5119
5120         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5121         kfree(str);
5122         return ret;
5123 }
5124
5125
5126 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5127 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5128
5129 /**
5130  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5131  * @node: node whose fallback list we're appending
5132  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5133  *
5134  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5135  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5136  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5137  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5138  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5139  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5140  * on them otherwise.
5141  * It returns -1 if no node is found.
5142  */
5143 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5144 {
5145         int n, val;
5146         int min_val = INT_MAX;
5147         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5148         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5149
5150         /* Use the local node if we haven't already */
5151         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5152                 node_set(node, *used_node_mask);
5153                 return node;
5154         }
5155
5156         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5157
5158                 /* Don't want a node to appear more than once */
5159                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5160                         continue;
5161
5162                 /* Use the distance array to find the distance */
5163                 val = node_distance(node, n);
5164
5165                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5166                 val += (n < node);
5167
5168                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5169                 tmp = cpumask_of_node(n);
5170                 if (!cpumask_empty(tmp))
5171                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5172
5173                 /* Slight preference for less loaded node */
5174                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5175                 val += node_load[n];
5176
5177                 if (val < min_val) {
5178                         min_val = val;
5179                         best_node = n;
5180                 }
5181         }
5182
5183         if (best_node >= 0)
5184                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5185
5186         return best_node;
5187 }
5188
5189
5190 /*
5191  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5192  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5193  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5194  */
5195 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5196                 unsigned nr_nodes)
5197 {
5198         struct zoneref *zonerefs;
5199         int i;
5200
5201         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5202
5203         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5204                 int nr_zones;
5205
5206                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5207
5208                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5209                 zonerefs += nr_zones;
5210         }
5211         zonerefs->zone = NULL;
5212         zonerefs->zone_idx = 0;
5213 }
5214
5215 /*
5216  * Build gfp_thisnode zonelists
5217  */
5218 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5219 {
5220         struct zoneref *zonerefs;
5221         int nr_zones;
5222
5223         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5224         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5225         zonerefs += nr_zones;
5226         zonerefs->zone = NULL;
5227         zonerefs->zone_idx = 0;
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5232  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5233  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5234  * may still exist in local DMA zone.
5235  */
5236
5237 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5238 {
5239         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5240         int node, load, nr_nodes = 0;
5241         nodemask_t used_mask;
5242         int local_node, prev_node;
5243
5244         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5245         local_node = pgdat->node_id;
5246         load = nr_online_nodes;
5247         prev_node = local_node;
5248         nodes_clear(used_mask);
5249
5250         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5251         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5252                 /*
5253                  * We don't want to pressure a particular node.
5254                  * So adding penalty to the first node in same
5255                  * distance group to make it round-robin.
5256                  */
5257                 if (node_distance(local_node, node) !=
5258                     node_distance(local_node, prev_node))
5259                         node_load[node] = load;
5260
5261                 node_order[nr_nodes++] = node;
5262                 prev_node = node;
5263                 load--;
5264         }
5265
5266         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5267         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5268 }
5269
5270 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5271 /*
5272  * Return node id of node used for "local" allocations.
5273  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5274  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5275  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5276  */
5277 int local_memory_node(int node)
5278 {
5279         struct zoneref *z;
5280
5281         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5282                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5283                                    NULL);
5284         return z->zone->node;
5285 }
5286 #endif
5287
5288 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5289 static void setup_min_slab_ratio(void);
5290 #else   /* CONFIG_NUMA */
5291
5292 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5293 {
5294         int node, local_node;
5295         struct zoneref *zonerefs;
5296         int nr_zones;
5297
5298         local_node = pgdat->node_id;
5299
5300         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5301         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5302         zonerefs += nr_zones;
5303
5304         /*
5305          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5306          * of all the other nodes.
5307          * We don't want to pressure a particular node, so when
5308          * building the zones for node N, we make sure that the
5309          * zones coming right after the local ones are those from
5310          * node N+1 (modulo N)
5311          */
5312         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5313                 if (!node_online(node))
5314                         continue;
5315                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5316                 zonerefs += nr_zones;
5317         }
5318         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5319                 if (!node_online(node))
5320                         continue;
5321                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5322                 zonerefs += nr_zones;
5323         }
5324
5325         zonerefs->zone = NULL;
5326         zonerefs->zone_idx = 0;
5327 }
5328
5329 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5330
5331 /*
5332  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5333  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5334  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5335  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5336  * with interrupts disabled.
5337  *
5338  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5339  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5340  * hotplugged processors.
5341  *
5342  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5343  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5344  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5345  */
5346 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5347 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5348 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5349
5350 static void __build_all_zonelists(void *data)
5351 {
5352         int nid;
5353         int __maybe_unused cpu;
5354         pg_data_t *self = data;
5355         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5356
5357         spin_lock(&lock);
5358
5359 #ifdef CONFIG_NUMA
5360         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5361 #endif
5362
5363         /*
5364          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5365          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5366          */
5367         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5368                 build_zonelists(self);
5369         } else {
5370                 for_each_online_node(nid) {
5371                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5372
5373                         build_zonelists(pgdat);
5374                 }
5375
5376 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5377                 /*
5378                  * We now know the "local memory node" for each node--
5379                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5380                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5381                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5382                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5383                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5384                  */
5385                 for_each_online_cpu(cpu)
5386                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5387 #endif
5388         }
5389
5390         spin_unlock(&lock);
5391 }
5392
5393 static noinline void __init
5394 build_all_zonelists_init(void)
5395 {
5396         int cpu;
5397
5398         __build_all_zonelists(NULL);
5399
5400         /*
5401          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5402          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5403          * each zone will be allocated later when the per cpu
5404          * allocator is available.
5405          *
5406          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5407          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5408          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5409          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5410          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5411          * (a chicken-egg dilemma).
5412          */
5413         for_each_possible_cpu(cpu)
5414                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5415
5416         mminit_verify_zonelist();
5417         cpuset_init_current_mems_allowed();
5418 }
5419
5420 /*
5421  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5422  *
5423  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5424  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5425  */
5426 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5427 {
5428         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5429                 build_all_zonelists_init();
5430         } else {
5431                 __build_all_zonelists(pgdat);
5432                 /* cpuset refresh routine should be here */
5433         }
5434         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5435         /*
5436          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5437          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5438          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5439          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5440          * disabled and enable it later
5441          */
5442         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5443                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5444         else
5445                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5446
5447         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5448                 nr_online_nodes,
5449                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5450                 vm_total_pages);
5451 #ifdef CONFIG_NUMA
5452         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5453 #endif
5454 }
5455
5456 /*
5457  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5458  * up by free_all_bootmem() once the early boot process is
5459  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5460  */
5461 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5462                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5463                 struct vmem_altmap *altmap)
5464 {
5465         unsigned long end_pfn = start_pfn + size;
5466         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5467         unsigned long pfn;
5468         unsigned long nr_initialised = 0;
5469         struct page *page;
5470 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5471         struct memblock_region *r = NULL, *tmp;
5472 #endif
5473
5474         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5475                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5476
5477         /*
5478          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5479          * memory
5480          */
5481         if (altmap && start_pfn == altmap->base_pfn)
5482                 start_pfn += altmap->reserve;
5483
5484         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5485                 /*
5486                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5487                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5488                  */
5489                 if (context != MEMMAP_EARLY)
5490                         goto not_early;
5491
5492                 if (!early_pfn_valid(pfn))
5493                         continue;
5494                 if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5495                         continue;
5496                 if (!update_defer_init(pgdat, pfn, end_pfn, &nr_initialised))
5497                         break;
5498
5499 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5500                 /*
5501                  * Check given memblock attribute by firmware which can affect
5502                  * kernel memory layout.  If zone==ZONE_MOVABLE but memory is
5503                  * mirrored, it's an overlapped memmap init. skip it.
5504                  */
5505                 if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5506                         if (!r || pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5507                                 for_each_memblock(memory, tmp)
5508                                         if (pfn < memblock_region_memory_end_pfn(tmp))
5509                                                 break;
5510                                 r = tmp;
5511                         }
5512                         if (pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5513                             memblock_is_mirror(r)) {
5514                                 /* already initialized as NORMAL */
5515                                 pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5516                                 continue;
5517                         }
5518                 }
5519 #endif
5520
5521 not_early:
5522                 page = pfn_to_page(pfn);
5523                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5524                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5525                         SetPageReserved(page);
5526
5527                 /*
5528                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5529                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5530                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5531                  * the address space during boot when many long-lived
5532                  * kernel allocations are made.
5533                  *
5534                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5535                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5536                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5537                  * pfn out of zone.
5538                  *
5539                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5540                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5541                  */
5542                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5543                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5544                         cond_resched();
5545                 }
5546         }
5547 }
5548
5549 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5550 {
5551         unsigned int order, t;
5552         for_each_migratetype_order(order, t) {
5553                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5554                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5555         }
5556 }
5557
5558 #ifndef __HAVE_ARCH_MEMMAP_INIT
5559 #define memmap_init(size, nid, zone, start_pfn) \
5560         memmap_init_zone((size), (nid), (zone), (start_pfn), MEMMAP_EARLY, NULL)
5561 #endif
5562
5563 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5564 {
5565 #ifdef CONFIG_MMU
5566         int batch;
5567
5568         /*
5569          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5570          * size of the zone.  But no more than 1/2 of a meg.
5571          *
5572          * OK, so we don't know how big the cache is.  So guess.
5573          */
5574         batch = zone->managed_pages / 1024;
5575         if (batch * PAGE_SIZE > 512 * 1024)
5576                 batch = (512 * 1024) / PAGE_SIZE;
5577         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5578         if (batch < 1)
5579                 batch = 1;
5580
5581         /*
5582          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5583          * of 2 value was found to be more likely to have
5584          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5585          *
5586          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5587          * batches of pages, one task can end up with a lot
5588          * of pages of one half of the possible page colors
5589          * and the other with pages of the other colors.
5590          */
5591         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5592
5593         return batch;
5594
5595 #else
5596         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5597          * conditions.
5598          *
5599          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5600          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5601          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5602          *
5603          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5604          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5605          * can be a significant delay between the individual batches being
5606          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5607          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5608          */
5609         return 0;
5610 #endif
5611 }
5612
5613 /*
5614  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5615  * ->batch must never be higher then ->high.
5616  * The following function updates them in a safe manner without read side
5617  * locking.
5618  *
5619  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5620  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5621  *
5622  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5623  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5624  * exist).
5625  */
5626 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5627                 unsigned long batch)
5628 {
5629        /* start with a fail safe value for batch */
5630         pcp->batch = 1;
5631         smp_wmb();
5632
5633        /* Update high, then batch, in order */
5634         pcp->high = high;
5635         smp_wmb();
5636
5637         pcp->batch = batch;
5638 }
5639
5640 /* a companion to pageset_set_high() */
5641 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5642 {
5643         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5644 }
5645
5646 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5647 {
5648         struct per_cpu_pages *pcp;
5649         int migratetype;
5650
5651         memset(p, 0, sizeof(*p));
5652
5653         pcp = &p->pcp;
5654         pcp->count = 0;
5655         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5656                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5657 }
5658
5659 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5660 {
5661         pageset_init(p);
5662         pageset_set_batch(p, batch);
5663 }
5664
5665 /*
5666  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5667  * to the value high for the pageset p.
5668  */
5669 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5670                                 unsigned long high)
5671 {
5672         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5673         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5674                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5675
5676         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5677 }
5678
5679 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5680                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5681 {
5682         if (percpu_pagelist_fraction)
5683                 pageset_set_high(pcp,
5684                         (zone->managed_pages /
5685                                 percpu_pagelist_fraction));
5686         else
5687                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5688 }
5689
5690 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5691 {
5692         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5693
5694         pageset_init(pcp);
5695         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5696 }
5697
5698 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5699 {
5700         int cpu;
5701         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5702         for_each_possible_cpu(cpu)
5703                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5704 }
5705
5706 /*
5707  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5708  * Before this call only boot pagesets were available.
5709  */
5710 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5711 {
5712         struct pglist_data *pgdat;
5713         struct zone *zone;
5714
5715         for_each_populated_zone(zone)
5716                 setup_zone_pageset(zone);
5717
5718         for_each_online_pgdat(pgdat)
5719                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5720                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5721 }
5722
5723 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5724 {
5725         /*
5726          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5727          * relies on the ability of the linker to provide the
5728          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5729          */
5730         zone->pageset = &boot_pageset;
5731
5732         if (populated_zone(zone))
5733                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5734                         zone->name, zone->present_pages,
5735                                          zone_batchsize(zone));
5736 }
5737
5738 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5739                                         unsigned long zone_start_pfn,
5740                                         unsigned long size)
5741 {
5742         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5743
5744         pgdat->nr_zones = zone_idx(zone) + 1;
5745
5746         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5747
5748         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5749                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5750                         pgdat->node_id,
5751                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5752                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5753
5754         zone_init_free_lists(zone);
5755         zone->initialized = 1;
5756 }
5757
5758 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5759 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5760
5761 /*
5762  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5763  */
5764 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5765                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5766 {
5767         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5768         int nid;
5769
5770         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5771                 return state->last_nid;
5772
5773         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5774         if (nid != -1) {
5775                 state->last_start = start_pfn;
5776                 state->last_end = end_pfn;
5777                 state->last_nid = nid;
5778         }
5779
5780         return nid;
5781 }
5782 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5783
5784 /**
5785  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5786  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5787  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5788  *
5789  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5790  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5791  * memblock_free_early_nid() manually.
5792  */
5793 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5794 {
5795         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5796         int i, this_nid;
5797
5798         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5799                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5800                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5801
5802                 if (start_pfn < end_pfn)
5803                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5804                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5805                                         this_nid);
5806         }
5807 }
5808
5809 /**
5810  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5811  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5812  *
5813  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5814  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5815  */
5816 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5817 {
5818         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5819         int i, this_nid;
5820
5821         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5822                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5823 }
5824
5825 /**
5826  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5827  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5828  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5829  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5830  *
5831  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5832  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5833  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5834  * PFNs will be 0.
5835  */
5836 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5837                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5838 {
5839         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5840         int i;
5841
5842         *start_pfn = -1UL;
5843         *end_pfn = 0;
5844
5845         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5846                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5847                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5848         }
5849
5850         if (*start_pfn == -1UL)
5851                 *start_pfn = 0;
5852 }
5853
5854 /*
5855  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5856  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5857  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5858  */
5859 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5860 {
5861         int zone_index;
5862         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5863                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5864                         continue;
5865
5866                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5867                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5868                         break;
5869         }
5870
5871         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5872         movable_zone = zone_index;
5873 }
5874
5875 /*
5876  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5877  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5878  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5879  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5880  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5881  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5882  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5883  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5884  */
5885 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5886                                         unsigned long zone_type,
5887                                         unsigned long node_start_pfn,
5888                                         unsigned long node_end_pfn,
5889                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5890                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5891 {
5892         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5893         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5894                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5895                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5896                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5897                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5898                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5899
5900                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5901                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5902                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5903                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5904                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5905
5906                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5907                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5908                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5909         }
5910 }
5911
5912 /*
5913  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5914  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5915  */
5916 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
5917                                         unsigned long zone_type,
5918                                         unsigned long node_start_pfn,
5919                                         unsigned long node_end_pfn,
5920                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5921                                         unsigned long *zone_end_pfn,
5922                                         unsigned long *ignored)
5923 {
5924         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5925         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5926                 return 0;
5927
5928         /* Get the start and end of the zone */
5929         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5930         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5931         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
5932                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
5933                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
5934
5935         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
5936         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
5937                 return 0;
5938
5939         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
5940         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
5941         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
5942
5943         /* Return the spanned pages */
5944         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
5945 }
5946
5947 /*
5948  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
5949  * then all holes in the requested range will be accounted for.
5950  */
5951 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
5952                                 unsigned long range_start_pfn,
5953                                 unsigned long range_end_pfn)
5954 {
5955         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
5956         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5957         int i;
5958
5959         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
5960                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5961                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
5962                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
5963         }
5964         return nr_absent;
5965 }
5966
5967 /**
5968  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
5969  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
5970  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
5971  *
5972  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
5973  */
5974 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
5975                                                         unsigned long end_pfn)
5976 {
5977         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
5978 }
5979
5980 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
5981 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
5982                                         unsigned long zone_type,
5983                                         unsigned long node_start_pfn,
5984                                         unsigned long node_end_pfn,
5985                                         unsigned long *ignored)
5986 {
5987         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
5988         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
5989         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
5990         unsigned long nr_absent;
5991
5992         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
5993         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
5994                 return 0;
5995
5996         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
5997         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
5998
5999         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6000                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6001                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6002         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6003
6004         /*
6005          * ZONE_MOVABLE handling.
6006          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6007          * and vice versa.
6008          */
6009         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6010                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6011                 struct memblock_region *r;
6012
6013                 for_each_memblock(memory, r) {
6014                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6015                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6016                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6017                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6018
6019                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6020                             memblock_is_mirror(r))
6021                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6022
6023                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6024                             !memblock_is_mirror(r))
6025                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6026                 }
6027         }
6028
6029         return nr_absent;
6030 }
6031
6032 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6033 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6034                                         unsigned long zone_type,
6035                                         unsigned long node_start_pfn,
6036                                         unsigned long node_end_pfn,
6037                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6038                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6039                                         unsigned long *zones_size)
6040 {
6041         unsigned int zone;
6042
6043         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6044         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6045                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6046
6047         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6048
6049         return zones_size[zone_type];
6050 }
6051
6052 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6053                                                 unsigned long zone_type,
6054                                                 unsigned long node_start_pfn,
6055                                                 unsigned long node_end_pfn,
6056                                                 unsigned long *zholes_size)
6057 {
6058         if (!zholes_size)
6059                 return 0;
6060
6061         return zholes_size[zone_type];
6062 }
6063
6064 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6065
6066 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6067                                                 unsigned long node_start_pfn,
6068                                                 unsigned long node_end_pfn,
6069                                                 unsigned long *zones_size,
6070                                                 unsigned long *zholes_size)
6071 {
6072         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6073         enum zone_type i;
6074
6075         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6076                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6077                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6078                 unsigned long size, real_size;
6079
6080                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6081                                                   node_start_pfn,
6082                                                   node_end_pfn,
6083                                                   &zone_start_pfn,
6084                                                   &zone_end_pfn,
6085                                                   zones_size);
6086                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6087                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6088                                                   zholes_size);
6089                 if (size)
6090                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6091                 else
6092                         zone->zone_start_pfn = 0;
6093                 zone->spanned_pages = size;
6094                 zone->present_pages = real_size;
6095
6096                 totalpages += size;
6097                 realtotalpages += real_size;
6098         }
6099
6100         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6101         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6102         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6103                                                         realtotalpages);
6104 }
6105
6106 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6107 /*
6108  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6109  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6110  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6111  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6112  * bytes.
6113  */
6114 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6115 {
6116         unsigned long usemapsize;
6117
6118         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6119         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6120         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6121         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6122         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6123
6124         return usemapsize / 8;
6125 }
6126
6127 static void __init setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6128                                 struct zone *zone,
6129                                 unsigned long zone_start_pfn,
6130                                 unsigned long zonesize)
6131 {
6132         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6133         zone->pageblock_flags = NULL;
6134         if (usemapsize)
6135                 zone->pageblock_flags =
6136                         memblock_virt_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6137                                                          pgdat->node_id);
6138 }
6139 #else
6140 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6141                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6142 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6143
6144 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6145
6146 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6147 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6148 {
6149         unsigned int order;
6150
6151         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6152         if (pageblock_order)
6153                 return;
6154
6155         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6156                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6157         else
6158                 order = MAX_ORDER - 1;
6159
6160         /*
6161          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6162          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6163          * powerpc.
6164          */
6165         pageblock_order = order;
6166 }
6167 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6168
6169 /*
6170  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6171  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6172  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6173  * the kernel config
6174  */
6175 void __paginginit set_pageblock_order(void)
6176 {
6177 }
6178
6179 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6180
6181 static unsigned long __paginginit calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6182                                                    unsigned long present_pages)
6183 {
6184         unsigned long pages = spanned_pages;
6185
6186         /*
6187          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6188          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6189          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6190          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6191          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6192          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6193          */
6194         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6195             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6196                 pages = present_pages;
6197
6198         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6199 }
6200
6201 /*
6202  * Set up the zone data structures:
6203  *   - mark all pages reserved
6204  *   - mark all memory queues empty
6205  *   - clear the memory bitmaps
6206  *
6207  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6208  */
6209 static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6210 {
6211         enum zone_type j;
6212         int nid = pgdat->node_id;
6213
6214         pgdat_resize_init(pgdat);
6215 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
6216         spin_lock_init(&pgdat->numabalancing_migrate_lock);
6217         pgdat->numabalancing_migrate_nr_pages = 0;
6218         pgdat->numabalancing_migrate_next_window = jiffies;
6219 #endif
6220 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6221         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6222         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6223         pgdat->split_queue_len = 0;
6224 #endif
6225         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6226         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6227 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6228         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6229 #endif
6230         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6231         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6232         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6233
6234         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6235
6236         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6237                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6238                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6239                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6240
6241                 size = zone->spanned_pages;
6242                 freesize = zone->present_pages;
6243
6244                 /*
6245                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6246                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6247                  * and per-cpu initialisations
6248                  */
6249                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6250                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6251                         if (freesize >= memmap_pages) {
6252                                 freesize -= memmap_pages;
6253                                 if (memmap_pages)
6254                                         printk(KERN_DEBUG
6255                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6256                                                zone_names[j], memmap_pages);
6257                         } else
6258                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6259                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6260                 }
6261
6262                 /* Account for reserved pages */
6263                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6264                         freesize -= dma_reserve;
6265                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6266                                         zone_names[0], dma_reserve);
6267                 }
6268
6269                 if (!is_highmem_idx(j))
6270                         nr_kernel_pages += freesize;
6271                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6272                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6273                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6274                 nr_all_pages += freesize;
6275
6276                 /*
6277                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6278                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6279                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6280                  */
6281                 zone->managed_pages = freesize;
6282 #ifdef CONFIG_NUMA
6283                 zone->node = nid;
6284 #endif
6285                 zone->name = zone_names[j];
6286                 zone->zone_pgdat = pgdat;
6287                 spin_lock_init(&zone->lock);
6288                 zone_seqlock_init(zone);
6289                 zone_pcp_init(zone);
6290
6291                 if (!size)
6292                         continue;
6293
6294                 set_pageblock_order();
6295                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6296                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6297                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6298         }
6299 }
6300
6301 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6302 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6303 {
6304         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6305         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6306
6307         /* Skip empty nodes */
6308         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6309                 return;
6310
6311         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6312         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6313         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6314         if (!pgdat->node_mem_map) {
6315                 unsigned long size, end;
6316                 struct page *map;
6317
6318                 /*
6319                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6320                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6321                  * for the buddy allocator to function correctly.
6322                  */
6323                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6324                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6325                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6326                 map = memblock_virt_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6327                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6328         }
6329         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6330                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6331                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6332 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6333         /*
6334          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6335          */
6336         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6337                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6338 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6339                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6340                         mem_map -= offset;
6341 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6342         }
6343 #endif
6344 }
6345 #else
6346 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6347 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6348
6349 void __paginginit free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6350                 unsigned long node_start_pfn, unsigned long *zholes_size)
6351 {
6352         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6353         unsigned long start_pfn = 0;
6354         unsigned long end_pfn = 0;
6355
6356         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6357         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6358
6359         pgdat->node_id = nid;
6360         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6361         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6362 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6363         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6364         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6365                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6366                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6367 #else
6368         start_pfn = node_start_pfn;
6369 #endif
6370         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6371                                   zones_size, zholes_size);
6372
6373         alloc_node_mem_map(pgdat);
6374
6375 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6376         /*
6377          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6378          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6379          */
6380         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6381                                          pgdat->node_spanned_pages);
6382         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6383 #endif
6384         free_area_init_core(pgdat);
6385 }
6386
6387 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK) && !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6388 /*
6389  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6390  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6391  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6392  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6393  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6394  */
6395 void __paginginit zero_resv_unavail(void)
6396 {
6397         phys_addr_t start, end;
6398         unsigned long pfn;
6399         u64 i, pgcnt;
6400
6401         /*
6402          * Loop through ranges that are reserved, but do not have reported
6403          * physical memory backing.
6404          */
6405         pgcnt = 0;
6406         for_each_resv_unavail_range(i, &start, &end) {
6407                 for (pfn = PFN_DOWN(start); pfn < PFN_UP(end); pfn++) {
6408                         if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)))
6409                                 continue;
6410                         mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6411                         pgcnt++;
6412                 }
6413         }
6414
6415         /*
6416          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6417          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6418          * Once memblock is changed so such behaviour is not allowed: i.e.
6419          * list of "reserved" memory must be a subset of list of "memory", then
6420          * this code can be removed.
6421          */
6422         if (pgcnt)
6423                 pr_info("Reserved but unavailable: %lld pages", pgcnt);
6424 }
6425 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK && !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6426
6427 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6428
6429 #if MAX_NUMNODES > 1
6430 /*
6431  * Figure out the number of possible node ids.
6432  */
6433 void __init setup_nr_node_ids(void)
6434 {
6435         unsigned int highest;
6436
6437         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6438         nr_node_ids = highest + 1;
6439 }
6440 #endif
6441
6442 /**
6443  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6444  *
6445  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6446  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6447  * all the nodes.
6448  *
6449  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6450  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6451  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6452  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6453  *
6454  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6455  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6456  * populated node map.
6457  *
6458  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6459  * requirement (single node).
6460  */
6461 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6462 {
6463         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6464         unsigned long start, end, mask;
6465         int last_nid = -1;
6466         int i, nid;
6467
6468         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6469                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6470                         last_nid = nid;
6471                         last_end = end;
6472                         continue;
6473                 }
6474
6475                 /*
6476                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6477                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6478                  * too coarse to separate the current node from the last.
6479                  */
6480                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6481                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6482                         mask <<= 1;
6483
6484                 /* accumulate all internode masks */
6485                 accl_mask |= mask;
6486         }
6487
6488         /* convert mask to number of pages */
6489         return ~accl_mask + 1;
6490 }
6491
6492 /* Find the lowest pfn for a node */
6493 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6494 {
6495         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6496         unsigned long start_pfn;
6497         int i;
6498
6499         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6500                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6501
6502         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6503                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6504                 return 0;
6505         }
6506
6507         return min_pfn;
6508 }
6509
6510 /**
6511  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6512  *
6513  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6514  * memblock_set_node().
6515  */
6516 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6517 {
6518         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6519 }
6520
6521 /*
6522  * early_calculate_totalpages()
6523  * Sum pages in active regions for movable zone.
6524  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6525  */
6526 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6527 {
6528         unsigned long totalpages = 0;
6529         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6530         int i, nid;
6531
6532         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6533                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6534
6535                 totalpages += pages;
6536                 if (pages)
6537                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6538         }
6539         return totalpages;
6540 }
6541
6542 /*
6543  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6544  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6545  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6546  * others
6547  */
6548 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6549 {
6550         int i, nid;
6551         unsigned long usable_startpfn;
6552         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6553         /* save the state before borrow the nodemask */
6554         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6555         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6556         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6557         struct memblock_region *r;
6558
6559         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6560         find_usable_zone_for_movable();
6561
6562         /*
6563          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6564          * options.
6565          */
6566         if (movable_node_is_enabled()) {
6567                 for_each_memblock(memory, r) {
6568                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6569                                 continue;
6570
6571                         nid = r->nid;
6572
6573                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6574                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6575                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6576                                 usable_startpfn;
6577                 }
6578
6579                 goto out2;
6580         }
6581
6582         /*
6583          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6584          */
6585         if (mirrored_kernelcore) {
6586                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6587
6588                 for_each_memblock(memory, r) {
6589                         if (memblock_is_mirror(r))
6590                                 continue;
6591
6592                         nid = r->nid;
6593
6594                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6595
6596                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6597                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6598                                 continue;
6599                         }
6600
6601                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6602                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6603                                 usable_startpfn;
6604                 }
6605
6606                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6607                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6608
6609                 goto out2;
6610         }
6611
6612         /*
6613          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6614          * amount of necessary memory.
6615          */
6616         if (required_kernelcore_percent)
6617                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6618                                        10000UL;
6619         if (required_movablecore_percent)
6620                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6621                                         10000UL;
6622
6623         /*
6624          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6625          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6626          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6627          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6628          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6629          * what movablecore would have allowed.
6630          */
6631         if (required_movablecore) {
6632                 unsigned long corepages;
6633
6634                 /*
6635                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6636                  * was requested by the user
6637                  */
6638                 required_movablecore =
6639                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6640                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6641                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6642
6643                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6644         }
6645
6646         /*
6647          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6648          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6649          */
6650         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6651                 goto out;
6652
6653         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6654         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6655
6656 restart:
6657         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6658         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6659         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6660                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6661
6662                 /*
6663                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6664                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6665                  * amount of memory for the kernel
6666                  */
6667                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6668                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6669
6670                 /*
6671                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6672                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6673                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6674                  */
6675                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6676
6677                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6678                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6679                         unsigned long size_pages;
6680
6681                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6682                         if (start_pfn >= end_pfn)
6683                                 continue;
6684
6685                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6686                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6687                                 unsigned long kernel_pages;
6688                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6689                                                                 - start_pfn;
6690
6691                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6692                                                         kernelcore_remaining);
6693                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6694                                                         required_kernelcore);
6695
6696                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6697                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6698
6699                                         /*
6700                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6701                                          * that if we have to rebalance
6702                                          * kernelcore across nodes, we will
6703                                          * not double account here
6704                                          */
6705                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6706                                         continue;
6707                                 }
6708                                 start_pfn = usable_startpfn;
6709                         }
6710
6711                         /*
6712                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6713                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6714                          * number of pages used as kernelcore
6715                          */
6716                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6717                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6718                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6719                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6720
6721                         /*
6722                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6723                          * break if the kernelcore for this node has been
6724                          * satisfied
6725                          */
6726                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6727                                                                 size_pages);
6728                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6729                         if (!kernelcore_remaining)
6730                                 break;
6731                 }
6732         }
6733
6734         /*
6735          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6736          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6737          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6738          * satisfied
6739          */
6740         usable_nodes--;
6741         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6742                 goto restart;
6743
6744 out2:
6745         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6746         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6747                 zone_movable_pfn[nid] =
6748                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6749
6750 out:
6751         /* restore the node_state */
6752         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6753 }
6754
6755 /* Any regular or high memory on that node ? */
6756 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6757 {
6758         enum zone_type zone_type;
6759
6760         if (N_MEMORY == N_NORMAL_MEMORY)
6761                 return;
6762
6763         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6764                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6765                 if (populated_zone(zone)) {
6766                         node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6767                         if (N_NORMAL_MEMORY != N_HIGH_MEMORY &&
6768                             zone_type <= ZONE_NORMAL)
6769                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6770                         break;
6771                 }
6772         }
6773 }
6774
6775 /**
6776  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6777  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6778  *
6779  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6780  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6781  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6782  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6783  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6784  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6785  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6786  * at arch_max_dma_pfn.
6787  */
6788 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6789 {
6790         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6791         int i, nid;
6792
6793         /* Record where the zone boundaries are */
6794         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6795                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6796         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6797                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6798
6799         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6800
6801         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6802                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6803                         continue;
6804
6805                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6806                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6807                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6808
6809                 start_pfn = end_pfn;
6810         }
6811
6812         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6813         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6814         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6815
6816         /* Print out the zone ranges */
6817         pr_info("Zone ranges:\n");
6818         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6819                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6820                         continue;
6821                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6822                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6823                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6824                         pr_cont("empty\n");
6825                 else
6826                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6827                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6828                                         << PAGE_SHIFT,
6829                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6830                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6831         }
6832
6833         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6834         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6835         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6836                 if (zone_movable_pfn[i])
6837                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6838                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6839         }
6840
6841         /* Print out the early node map */
6842         pr_info("Early memory node ranges\n");
6843         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6844                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6845                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6846                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6847
6848         /* Initialise every node */
6849         mminit_verify_pageflags_layout();
6850         setup_nr_node_ids();
6851         zero_resv_unavail();
6852         for_each_online_node(nid) {
6853                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6854                 free_area_init_node(nid, NULL,
6855                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
6856
6857                 /* Any memory on that node */
6858                 if (pgdat->node_present_pages)
6859                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6860                 check_for_memory(pgdat, nid);
6861         }
6862 }
6863
6864 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
6865                                      unsigned long *percent)
6866 {
6867         unsigned long long coremem;
6868         char *endptr;
6869
6870         if (!p)
6871                 return -EINVAL;
6872
6873         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
6874         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
6875         if (*endptr == '%') {
6876                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
6877                 WARN_ON(coremem > 100);
6878
6879                 *percent = coremem;
6880         } else {
6881                 coremem = memparse(p, &p);
6882                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
6883                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
6884
6885                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
6886                 *percent = 0UL;
6887         }
6888         return 0;
6889 }
6890
6891 /*
6892  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6893  * cannot be reclaimed or migrated.
6894  */
6895 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
6896 {
6897         /* parse kernelcore=mirror */
6898         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
6899                 mirrored_kernelcore = true;
6900                 return 0;
6901         }
6902
6903         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
6904                                   &required_kernelcore_percent);
6905 }
6906
6907 /*
6908  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
6909  * can be reclaimed or migrated.
6910  */
6911 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
6912 {
6913         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
6914                                   &required_movablecore_percent);
6915 }
6916
6917 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
6918 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
6919
6920 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6921
6922 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6923 {
6924         spin_lock(&managed_page_count_lock);
6925         page_zone(page)->managed_pages += count;
6926         totalram_pages += count;
6927 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6928         if (PageHighMem(page))
6929                 totalhigh_pages += count;
6930 #endif
6931         spin_unlock(&managed_page_count_lock);
6932 }
6933 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6934
6935 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
6936 {
6937         void *pos;
6938         unsigned long pages = 0;
6939
6940         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6941         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6942         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6943                 struct page *page = virt_to_page(pos);
6944                 void *direct_map_addr;
6945
6946                 /*
6947                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
6948                  * because some architectures' virt_to_page()
6949                  * work with aliases.  Getting the direct map
6950                  * address ensures that we get a _writeable_
6951                  * alias for the memset().
6952                  */
6953                 direct_map_addr = page_address(page);
6954                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6955                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
6956
6957                 free_reserved_page(page);
6958         }
6959
6960         if (pages && s)
6961                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
6962                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
6963
6964         return pages;
6965 }
6966 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
6967
6968 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6969 void free_highmem_page(struct page *page)
6970 {
6971         __free_reserved_page(page);
6972         totalram_pages++;
6973         page_zone(page)->managed_pages++;
6974         totalhigh_pages++;
6975 }
6976 #endif
6977
6978
6979 void __init mem_init_print_info(const char *str)
6980 {
6981         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6982         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6983
6984         physpages = get_num_physpages();
6985         codesize = _etext - _stext;
6986         datasize = _edata - _sdata;
6987         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6988         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6989         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6990         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6991
6992         /*
6993          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6994          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6995          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6996          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6997          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6998          */
6999 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7000         do { \
7001                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7002                         size -= adj; \
7003         } while (0)
7004
7005         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7006                      _sinittext, init_code_size);
7007         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7008         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7009         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7010         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7011
7012 #undef  adj_init_size
7013
7014         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7015 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7016                 ", %luK highmem"
7017 #endif
7018                 "%s%s)\n",
7019                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7020                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7021                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7022                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7023                 (physpages - totalram_pages - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7024                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7025 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7026                 totalhigh_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7027 #endif
7028                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7029 }
7030
7031 /**
7032  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7033  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7034  *
7035  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7036  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7037  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7038  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7039  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7040  * smaller per-cpu batchsize.
7041  */
7042 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7043 {
7044         dma_reserve = new_dma_reserve;
7045 }
7046
7047 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7048 {
7049         zero_resv_unavail();
7050         free_area_init_node(0, zones_size,
7051                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7052 }
7053
7054 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7055 {
7056
7057         lru_add_drain_cpu(cpu);
7058         drain_pages(cpu);
7059
7060         /*
7061          * Spill the event counters of the dead processor
7062          * into the current processors event counters.
7063          * This artificially elevates the count of the current
7064          * processor.
7065          */
7066         vm_events_fold_cpu(cpu);
7067
7068         /*
7069          * Zero the differential counters of the dead processor
7070          * so that the vm statistics are consistent.
7071          *
7072          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7073          * race with what we are doing.
7074          */
7075         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7076         return 0;
7077 }
7078
7079 void __init page_alloc_init(void)
7080 {
7081         int ret;
7082
7083         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7084                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7085                                         page_alloc_cpu_dead);
7086         WARN_ON(ret < 0);
7087 }
7088
7089 /*
7090  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7091  *      or min_free_kbytes changes.
7092  */
7093 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7094 {
7095         struct pglist_data *pgdat;
7096         unsigned long reserve_pages = 0;
7097         enum zone_type i, j;
7098
7099         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7100
7101                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7102
7103                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7104                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7105                         long max = 0;
7106
7107                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7108                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7109                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7110                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7111                         }
7112
7113                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7114                         max += high_wmark_pages(zone);
7115
7116                         if (max > zone->managed_pages)
7117                                 max = zone->managed_pages;
7118
7119                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7120
7121                         reserve_pages += max;
7122                 }
7123         }
7124         totalreserve_pages = reserve_pages;
7125 }
7126
7127 /*
7128  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7129  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7130  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7131  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7132  */
7133 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7134 {
7135         struct pglist_data *pgdat;
7136         enum zone_type j, idx;
7137
7138         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7139                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7140                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7141                         unsigned long managed_pages = zone->managed_pages;
7142
7143                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7144
7145                         idx = j;
7146                         while (idx) {
7147                                 struct zone *lower_zone;
7148
7149                                 idx--;
7150                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7151
7152                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7153                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7154                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7155                                 } else {
7156                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7157                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7158                                 }
7159                                 managed_pages += lower_zone->managed_pages;
7160                         }
7161                 }
7162         }
7163
7164         /* update totalreserve_pages */
7165         calculate_totalreserve_pages();
7166 }
7167
7168 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7169 {
7170         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7171         unsigned long lowmem_pages = 0;
7172         struct zone *zone;
7173         unsigned long flags;
7174
7175         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7176         for_each_zone(zone) {
7177                 if (!is_highmem(zone))
7178                         lowmem_pages += zone->managed_pages;
7179         }
7180
7181         for_each_zone(zone) {
7182                 u64 tmp;
7183
7184                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7185                 tmp = (u64)pages_min * zone->managed_pages;
7186                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7187                 if (is_highmem(zone)) {
7188                         /*
7189                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7190                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7191                          * value here.
7192                          *
7193                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7194                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7195                          * not be capped for highmem.
7196                          */
7197                         unsigned long min_pages;
7198
7199                         min_pages = zone->managed_pages / 1024;
7200                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7201                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7202                 } else {
7203                         /*
7204                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7205                          * proportionate to the zone's size.
7206                          */
7207                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7208                 }
7209
7210                 /*
7211                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7212                  * scale factor in proportion to available memory, but
7213                  * ensure a minimum size on small systems.
7214                  */
7215                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7216                             mult_frac(zone->managed_pages,
7217                                       watermark_scale_factor, 10000));
7218
7219                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7220                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7221
7222                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7223         }
7224
7225         /* update totalreserve_pages */
7226         calculate_totalreserve_pages();
7227 }
7228
7229 /**
7230  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7231  * or when memory is hot-{added|removed}
7232  *
7233  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7234  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7235  */
7236 void setup_per_zone_wmarks(void)
7237 {
7238         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7239
7240         spin_lock(&lock);
7241         __setup_per_zone_wmarks();
7242         spin_unlock(&lock);
7243 }
7244
7245 /*
7246  * Initialise min_free_kbytes.
7247  *
7248  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7249  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7250  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7251  *
7252  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7253  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7254  *
7255  * which yields
7256  *
7257  * 16MB:        512k
7258  * 32MB:        724k
7259  * 64MB:        1024k
7260  * 128MB:       1448k
7261  * 256MB:       2048k
7262  * 512MB:       2896k
7263  * 1024MB:      4096k
7264  * 2048MB:      5792k
7265  * 4096MB:      8192k
7266  * 8192MB:      11584k
7267  * 16384MB:     16384k
7268  */
7269 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7270 {
7271         unsigned long lowmem_kbytes;
7272         int new_min_free_kbytes;
7273
7274         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7275         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7276
7277         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7278                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7279                 if (min_free_kbytes < 128)
7280                         min_free_kbytes = 128;
7281                 if (min_free_kbytes > 65536)
7282                         min_free_kbytes = 65536;
7283         } else {
7284                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7285                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7286         }
7287         setup_per_zone_wmarks();
7288         refresh_zone_stat_thresholds();
7289         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7290
7291 #ifdef CONFIG_NUMA
7292         setup_min_unmapped_ratio();
7293         setup_min_slab_ratio();
7294 #endif
7295
7296         return 0;
7297 }
7298 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7299
7300 /*
7301  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7302  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7303  *      changes.
7304  */
7305 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7306         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7307 {
7308         int rc;
7309
7310         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7311         if (rc)
7312                 return rc;
7313
7314         if (write) {
7315                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7316                 setup_per_zone_wmarks();
7317         }
7318         return 0;
7319 }
7320
7321 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7322         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7323 {
7324         int rc;
7325
7326         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7327         if (rc)
7328                 return rc;
7329
7330         if (write)
7331                 setup_per_zone_wmarks();
7332
7333         return 0;
7334 }
7335
7336 #ifdef CONFIG_NUMA
7337 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7338 {
7339         pg_data_t *pgdat;
7340         struct zone *zone;
7341
7342         for_each_online_pgdat(pgdat)
7343                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7344
7345         for_each_zone(zone)
7346                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone->managed_pages *
7347                                 sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7348 }
7349
7350
7351 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7352         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7353 {
7354         int rc;
7355
7356         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7357         if (rc)
7358                 return rc;
7359
7360         setup_min_unmapped_ratio();
7361
7362         return 0;
7363 }
7364
7365 static void setup_min_slab_ratio(void)
7366 {
7367         pg_data_t *pgdat;
7368         struct zone *zone;
7369
7370         for_each_online_pgdat(pgdat)
7371                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7372
7373         for_each_zone(zone)
7374                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone->managed_pages *
7375                                 sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7376 }
7377
7378 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7379         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7380 {
7381         int rc;
7382
7383         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7384         if (rc)
7385                 return rc;
7386
7387         setup_min_slab_ratio();
7388
7389         return 0;
7390 }
7391 #endif
7392
7393 /*
7394  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7395  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7396  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7397  *
7398  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7399  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7400  * if in function of the boot time zone sizes.
7401  */
7402 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7403         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7404 {
7405         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7406         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7407         return 0;
7408 }
7409
7410 /*
7411  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7412  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7413  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7414  */
7415 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7416         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7417 {
7418         struct zone *zone;
7419         int old_percpu_pagelist_fraction;
7420         int ret;
7421
7422         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7423         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7424
7425         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7426         if (!write || ret < 0)
7427                 goto out;
7428
7429         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7430         if (percpu_pagelist_fraction &&
7431             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7432                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7433                 ret = -EINVAL;
7434                 goto out;
7435         }
7436
7437         /* No change? */
7438         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7439                 goto out;
7440
7441         for_each_populated_zone(zone) {
7442                 unsigned int cpu;
7443
7444                 for_each_possible_cpu(cpu)
7445                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7446                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7447         }
7448 out:
7449         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7450         return ret;
7451 }
7452
7453 #ifdef CONFIG_NUMA
7454 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7455
7456 static int __init set_hashdist(char *str)
7457 {
7458         if (!str)
7459                 return 0;
7460         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7461         return 1;
7462 }
7463 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7464 #endif
7465
7466 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7467 /*
7468  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7469  * is not known to alloc_large_system_hash().
7470  */
7471 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7472 {
7473         return 0;
7474 }
7475 #endif
7476
7477 /*
7478  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7479  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7480  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7481  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7482  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7483  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7484  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7485  */
7486 #if __BITS_PER_LONG > 32
7487 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7488 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7489 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7490 #endif
7491
7492 /*
7493  * allocate a large system hash table from bootmem
7494  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7495  *   quantity of entries
7496  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7497  */
7498 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7499                                      unsigned long bucketsize,
7500                                      unsigned long numentries,
7501                                      int scale,
7502                                      int flags,
7503                                      unsigned int *_hash_shift,
7504                                      unsigned int *_hash_mask,
7505                                      unsigned long low_limit,
7506                                      unsigned long high_limit)
7507 {
7508         unsigned long long max = high_limit;
7509         unsigned long log2qty, size;
7510         void *table = NULL;
7511         gfp_t gfp_flags;
7512
7513         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7514         if (!numentries) {
7515                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7516                 numentries = nr_kernel_pages;
7517                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7518
7519                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7520                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7521                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7522
7523 #if __BITS_PER_LONG > 32
7524                 if (!high_limit) {
7525                         unsigned long adapt;
7526
7527                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7528                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7529                                 scale++;
7530                 }
7531 #endif
7532
7533                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7534                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7535                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7536                 else
7537                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7538
7539                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7540                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7541                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7542                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7543                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7544                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7545                                 BUG_ON(!numentries);
7546                         }
7547                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7548                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7549         }
7550         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7551
7552         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7553         if (max == 0) {
7554                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7555                 do_div(max, bucketsize);
7556         }
7557         max = min(max, 0x80000000ULL);
7558
7559         if (numentries < low_limit)
7560                 numentries = low_limit;
7561         if (numentries > max)
7562                 numentries = max;
7563
7564         log2qty = ilog2(numentries);
7565
7566         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7567         do {
7568                 size = bucketsize << log2qty;
7569                 if (flags & HASH_EARLY) {
7570                         if (flags & HASH_ZERO)
7571                                 table = memblock_virt_alloc_nopanic(size, 0);
7572                         else
7573                                 table = memblock_virt_alloc_raw(size, 0);
7574                 } else if (hashdist) {
7575                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7576                 } else {
7577                         /*
7578                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7579                          * some pages at the end of hash table which
7580                          * alloc_pages_exact() automatically does
7581                          */
7582                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7583                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7584                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7585                         }
7586                 }
7587         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7588
7589         if (!table)
7590                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7591
7592         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7593                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7594
7595         if (_hash_shift)
7596                 *_hash_shift = log2qty;
7597         if (_hash_mask)
7598                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7599
7600         return table;
7601 }
7602
7603 /*
7604  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7605  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7606  *
7607  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7608  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7609  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7610  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7611  */
7612 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7613                          int migratetype,
7614                          bool skip_hwpoisoned_pages)
7615 {
7616         unsigned long pfn, iter, found;
7617
7618         /*
7619          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7620          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7621          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7622          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7623          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7624          */
7625
7626         /*
7627          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7628          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7629          * them movable here.
7630          */
7631         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7632                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7633                 return false;
7634
7635         pfn = page_to_pfn(page);
7636         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7637                 unsigned long check = pfn + iter;
7638
7639                 if (!pfn_valid_within(check))
7640                         continue;
7641
7642                 page = pfn_to_page(check);
7643
7644                 if (PageReserved(page))
7645                         goto unmovable;
7646
7647                 /*
7648                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7649                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7650                  * handle each tail page individually in migration.
7651                  */
7652                 if (PageHuge(page)) {
7653                         iter = round_up(iter + 1, 1<<compound_order(page)) - 1;
7654                         continue;
7655                 }
7656
7657                 /*
7658                  * We can't use page_count without pin a page
7659                  * because another CPU can free compound page.
7660                  * This check already skips compound tails of THP
7661                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7662                  */
7663                 if (!page_ref_count(page)) {
7664                         if (PageBuddy(page))
7665                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7666                         continue;
7667                 }
7668
7669                 /*
7670                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7671                  * page_count() is not 0.
7672                  */
7673                 if (skip_hwpoisoned_pages && PageHWPoison(page))
7674                         continue;
7675
7676                 if (__PageMovable(page))
7677                         continue;
7678
7679                 if (!PageLRU(page))
7680                         found++;
7681                 /*
7682                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7683                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7684                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7685                  */
7686                 /*
7687                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7688                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7689                  *
7690                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7691                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7692                  * page at boot.
7693                  */
7694                 if (found > count)
7695                         goto unmovable;
7696         }
7697         return false;
7698 unmovable:
7699         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7700         return true;
7701 }
7702
7703 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7704
7705 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7706 {
7707         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7708                              pageblock_nr_pages) - 1);
7709 }
7710
7711 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7712 {
7713         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7714                                 pageblock_nr_pages));
7715 }
7716
7717 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7718 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7719                                         unsigned long start, unsigned long end)
7720 {
7721         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7722         unsigned long nr_reclaimed;
7723         unsigned long pfn = start;
7724         unsigned int tries = 0;
7725         int ret = 0;
7726
7727         migrate_prep();
7728
7729         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7730                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7731                         ret = -EINTR;
7732                         break;
7733                 }
7734
7735                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7736                         cc->nr_migratepages = 0;
7737                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7738                         if (!pfn) {
7739                                 ret = -EINTR;
7740                                 break;
7741                         }
7742                         tries = 0;
7743                 } else if (++tries == 5) {
7744                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7745                         break;
7746                 }
7747
7748                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7749                                                         &cc->migratepages);
7750                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7751
7752                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7753                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7754         }
7755         if (ret < 0) {
7756                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7757                 return ret;
7758         }
7759         return 0;
7760 }
7761
7762 /**
7763  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7764  * @start:      start PFN to allocate
7765  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7766  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7767  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7768  *                      in range must have the same migratetype and it must
7769  *                      be either of the two.
7770  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7771  *
7772  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7773  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7774  *
7775  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7776  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7777  * be modified by others.
7778  *
7779  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7780  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7781  * need to be freed with free_contig_range().
7782  */
7783 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7784                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7785 {
7786         unsigned long outer_start, outer_end;
7787         unsigned int order;
7788         int ret = 0;
7789
7790         struct compact_control cc = {
7791                 .nr_migratepages = 0,
7792                 .order = -1,
7793                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7794                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7795                 .ignore_skip_hint = true,
7796                 .no_set_skip_hint = true,
7797                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7798         };
7799         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7800
7801         /*
7802          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7803          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7804          * have different sizes, and due to the way page allocator
7805          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7806          * that page allocator won't try to merge buddies from
7807          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7808          * other migration type.
7809          *
7810          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7811          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7812          * we are interested in).  This will put all the pages in
7813          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7814          *
7815          * When this is done, we take the pages in range from page
7816          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7817          * page allocator will never consider using them.
7818          *
7819          * This lets us mark the pageblocks back as
7820          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7821          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7822          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7823          */
7824
7825         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7826                                        pfn_max_align_up(end), migratetype,
7827                                        false);
7828         if (ret)
7829                 return ret;
7830
7831         /*
7832          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7833          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
7834          * which will report the busy page.
7835          *
7836          * It is possible that busy pages could become available before
7837          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
7838          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
7839          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
7840          */
7841         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
7842         if (ret && ret != -EBUSY)
7843                 goto done;
7844         ret =0;
7845
7846         /*
7847          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
7848          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
7849          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
7850          * What we are going to do is to allocate all pages from
7851          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
7852          *
7853          * The only problem is that pages at the beginning and at the
7854          * end of interesting range may be not aligned with pages that
7855          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
7856          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
7857          * once this is done free the pages we are not interested in.
7858          *
7859          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
7860          * isolated thus they won't get removed from buddy.
7861          */
7862
7863         lru_add_drain_all();
7864         drain_all_pages(cc.zone);
7865
7866         order = 0;
7867         outer_start = start;
7868         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
7869                 if (++order >= MAX_ORDER) {
7870                         outer_start = start;
7871                         break;
7872                 }
7873                 outer_start &= ~0UL << order;
7874         }
7875
7876         if (outer_start != start) {
7877                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
7878
7879                 /*
7880                  * outer_start page could be small order buddy page and
7881                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
7882                  * in this case to report failed page properly
7883                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
7884                  */
7885                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7886                         outer_start = start;
7887         }
7888
7889         /* Make sure the range is really isolated. */
7890         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
7891                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
7892                         __func__, outer_start, end);
7893                 ret = -EBUSY;
7894                 goto done;
7895         }
7896
7897         /* Grab isolated pages from freelists. */
7898         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7899         if (!outer_end) {
7900                 ret = -EBUSY;
7901                 goto done;
7902         }
7903
7904         /* Free head and tail (if any) */
7905         if (start != outer_start)
7906                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7907         if (end != outer_end)
7908                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7909
7910 done:
7911         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7912                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
7913         return ret;
7914 }
7915
7916 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
7917 {
7918         unsigned int count = 0;
7919
7920         for (; nr_pages--; pfn++) {
7921                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7922
7923                 count += page_count(page) != 1;
7924                 __free_page(page);
7925         }
7926         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
7927 }
7928 #endif
7929
7930 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7931 /*
7932  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7933  * page high values need to be recalulated.
7934  */
7935 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
7936 {
7937         unsigned cpu;
7938         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7939         for_each_possible_cpu(cpu)
7940                 pageset_set_high_and_batch(zone,
7941                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7942         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7943 }
7944 #endif
7945
7946 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7947 {
7948         unsigned long flags;
7949         int cpu;
7950         struct per_cpu_pageset *pset;
7951
7952         /* avoid races with drain_pages()  */
7953         local_irq_save(flags);
7954         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
7955                 for_each_online_cpu(cpu) {
7956                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
7957                         drain_zonestat(zone, pset);
7958                 }
7959                 free_percpu(zone->pageset);
7960                 zone->pageset = &boot_pageset;
7961         }
7962         local_irq_restore(flags);
7963 }
7964
7965 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7966 /*
7967  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
7968  * before calling this.
7969  */
7970 void
7971 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7972 {
7973         struct page *page;
7974         struct zone *zone;
7975         unsigned int order, i;
7976         unsigned long pfn;
7977         unsigned long flags;
7978         /* find the first valid pfn */
7979         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
7980                 if (pfn_valid(pfn))
7981                         break;
7982         if (pfn == end_pfn)
7983                 return;
7984         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
7985         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7986         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7987         pfn = start_pfn;
7988         while (pfn < end_pfn) {
7989                 if (!pfn_valid(pfn)) {
7990                         pfn++;
7991                         continue;
7992                 }
7993                 page = pfn_to_page(pfn);
7994                 /*
7995                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7996                  * page_count() is not 0.
7997                  */
7998                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7999                         pfn++;
8000                         SetPageReserved(page);
8001                         continue;
8002                 }
8003
8004                 BUG_ON(page_count(page));
8005                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8006                 order = page_order(page);
8007 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8008                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8009                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8010 #endif
8011                 list_del(&page->lru);
8012                 rmv_page_order(page);
8013                 zone->free_area[order].nr_free--;
8014                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8015                         SetPageReserved((page+i));
8016                 pfn += (1 << order);
8017         }
8018         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8019 }
8020 #endif
8021
8022 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8023 {
8024         struct zone *zone = page_zone(page);
8025         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8026         unsigned long flags;
8027         unsigned int order;
8028
8029         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8030         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8031                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8032
8033                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8034                         break;
8035         }
8036         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8037
8038         return order < MAX_ORDER;
8039 }