OSDN Git Service

114c56c3685d9f7bf24d9127355c6821cd64d321
[tomoyo/tomoyo-test1.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77 #include "page_reporting.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138 #ifdef CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON
139 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_alloc);
140 #else
141 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_alloc);
142 #endif
143 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
144
145 #ifdef CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON
146 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(init_on_free);
147 #else
148 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(init_on_free);
149 #endif
150 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
151
152 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
153 {
154         int ret;
155         bool bool_result;
156
157         if (!buf)
158                 return -EINVAL;
159         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
160         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
161                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_alloc\n");
162         if (bool_result)
163                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
164         else
165                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
166         return ret;
167 }
168 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
169
170 static int __init early_init_on_free(char *buf)
171 {
172         int ret;
173         bool bool_result;
174
175         if (!buf)
176                 return -EINVAL;
177         ret = kstrtobool(buf, &bool_result);
178         if (bool_result && page_poisoning_enabled())
179                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, will take precedence over init_on_free\n");
180         if (bool_result)
181                 static_branch_enable(&init_on_free);
182         else
183                 static_branch_disable(&init_on_free);
184         return ret;
185 }
186 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
187
188 /*
189  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
190  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
191  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
192  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
193  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
194  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
195  */
196 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
197 {
198         return page->index;
199 }
200
201 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
202 {
203         page->index = migratetype;
204 }
205
206 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
207 /*
208  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
209  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
210  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
211  * they should always be called with system_transition_mutex held
212  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
213  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
214  * with that modification).
215  */
216
217 static gfp_t saved_gfp_mask;
218
219 void pm_restore_gfp_mask(void)
220 {
221         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
222         if (saved_gfp_mask) {
223                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
224                 saved_gfp_mask = 0;
225         }
226 }
227
228 void pm_restrict_gfp_mask(void)
229 {
230         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
231         WARN_ON(saved_gfp_mask);
232         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
233         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
234 }
235
236 bool pm_suspended_storage(void)
237 {
238         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
239                 return false;
240         return true;
241 }
242 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
243
244 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
245 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
246 #endif
247
248 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
249
250 /*
251  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
252  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
253  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
254  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
255  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
256  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
257  *
258  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
259  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
260  */
261 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
263         [ZONE_DMA] = 256,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
266         [ZONE_DMA32] = 256,
267 #endif
268         [ZONE_NORMAL] = 32,
269 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
270         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
271 #endif
272         [ZONE_MOVABLE] = 0,
273 };
274
275 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
276 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
277          "DMA",
278 #endif
279 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
280          "DMA32",
281 #endif
282          "Normal",
283 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
284          "HighMem",
285 #endif
286          "Movable",
287 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
288          "Device",
289 #endif
290 };
291
292 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
293         "Unmovable",
294         "Movable",
295         "Reclaimable",
296         "HighAtomic",
297 #ifdef CONFIG_CMA
298         "CMA",
299 #endif
300 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
301         "Isolate",
302 #endif
303 };
304
305 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
306         NULL,
307         free_compound_page,
308 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
309         free_huge_page,
310 #endif
311 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
312         free_transhuge_page,
313 #endif
314 };
315
316 int min_free_kbytes = 1024;
317 int user_min_free_kbytes = -1;
318 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
319 /*
320  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
321  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
322  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
323  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
324  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
325  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
326  * fragmentation avoidance.
327  */
328 int watermark_boost_factor __read_mostly;
329 #else
330 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
331 #endif
332 int watermark_scale_factor = 10;
333
334 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
335 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
336 static unsigned long dma_reserve __initdata;
337
338 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
339 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
340 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
341 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
342 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
343 static unsigned long required_movablecore __initdata;
344 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
345 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
346 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
347
348 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
349 int movable_zone;
350 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
351 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
352
353 #if MAX_NUMNODES > 1
354 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
355 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
356 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
357 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
358 #endif
359
360 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
361
362 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
363 /*
364  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
365  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
366  * and we can permanently disable that path.
367  */
368 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
369
370 /*
371  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
372  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
373  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
374  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
375  *
376  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
377  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
378  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
379  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
380  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
381  * initialization is done, but this is not likely to happen.
382  */
383 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
384 {
385         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
386                 kasan_free_pages(page, order);
387 }
388
389 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
390 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
391 {
392         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
393
394         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
395                 return true;
396
397         return false;
398 }
399
400 /*
401  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
402  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
403  */
404 static bool __meminit
405 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
406 {
407         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
408
409         /*
410          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
411          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
412          */
413         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
414                 prev_end_pfn = end_pfn;
415                 nr_initialised = 0;
416         }
417
418         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
419         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
420                 return false;
421
422         /*
423          * We start only with one section of pages, more pages are added as
424          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
425          */
426         nr_initialised++;
427         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
428             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
429                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
430                 return true;
431         }
432         return false;
433 }
434 #else
435 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
436
437 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
438 {
439         return false;
440 }
441
442 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
464 #else
465         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
468 }
469
470 /**
471  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
472  * @page: The page within the block of interest
473  * @pfn: The target page frame number
474  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
475  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
476  *
477  * Return: pageblock_bits flags
478  */
479 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
480                                         unsigned long pfn,
481                                         unsigned long end_bitidx,
482                                         unsigned long mask)
483 {
484         unsigned long *bitmap;
485         unsigned long bitidx, word_bitidx;
486         unsigned long word;
487
488         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
489         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
490         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
491         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
492
493         word = bitmap[word_bitidx];
494         bitidx += end_bitidx;
495         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
496 }
497
498 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
499                                         unsigned long end_bitidx,
500                                         unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
506 {
507         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
508 }
509
510 /**
511  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
512  * @page: The page within the block of interest
513  * @flags: The flags to set
514  * @pfn: The target page frame number
515  * @end_bitidx: The last bit of interest
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long end_bitidx,
521                                         unsigned long mask)
522 {
523         unsigned long *bitmap;
524         unsigned long bitidx, word_bitidx;
525         unsigned long old_word, word;
526
527         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
528         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
529
530         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
531         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
532         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
533         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
534
535         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
536
537         bitidx += end_bitidx;
538         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
539         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
540
541         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
542         for (;;) {
543                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
544                 if (word == old_word)
545                         break;
546                 word = old_word;
547         }
548 }
549
550 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
551 {
552         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
553                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
554                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
555
556         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
557                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
558 }
559
560 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
561 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
562 {
563         int ret = 0;
564         unsigned seq;
565         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
566         unsigned long sp, start_pfn;
567
568         do {
569                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
570                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
571                 sp = zone->spanned_pages;
572                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
573                         ret = 1;
574         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
575
576         if (ret)
577                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
578                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
579                         start_pfn, start_pfn + sp);
580
581         return ret;
582 }
583
584 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
585 {
586         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
587                 return 0;
588         if (zone != page_zone(page))
589                 return 0;
590
591         return 1;
592 }
593 /*
594  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
595  */
596 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
597 {
598         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
599                 return 1;
600         if (!page_is_consistent(zone, page))
601                 return 1;
602
603         return 0;
604 }
605 #else
606 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
607 {
608         return 0;
609 }
610 #endif
611
612 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
613                 unsigned long bad_flags)
614 {
615         static unsigned long resume;
616         static unsigned long nr_shown;
617         static unsigned long nr_unshown;
618
619         /*
620          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
621          * or allow a steady drip of one report per second.
622          */
623         if (nr_shown == 60) {
624                 if (time_before(jiffies, resume)) {
625                         nr_unshown++;
626                         goto out;
627                 }
628                 if (nr_unshown) {
629                         pr_alert(
630                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
631                                 nr_unshown);
632                         nr_unshown = 0;
633                 }
634                 nr_shown = 0;
635         }
636         if (nr_shown++ == 0)
637                 resume = jiffies + 60 * HZ;
638
639         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
640                 current->comm, page_to_pfn(page));
641         __dump_page(page, reason);
642         bad_flags &= page->flags;
643         if (bad_flags)
644                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
645                                                 bad_flags, &bad_flags);
646         dump_page_owner(page);
647
648         print_modules();
649         dump_stack();
650 out:
651         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
652         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
653         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
654 }
655
656 /*
657  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
658  *
659  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
660  *
661  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
662  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
663  *
664  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
665  * page destructors. See compound_page_dtors.
666  *
667  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
668  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
669  */
670
671 void free_compound_page(struct page *page)
672 {
673         mem_cgroup_uncharge(page);
674         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
675 }
676
677 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
678 {
679         int i;
680         int nr_pages = 1 << order;
681
682         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
683         set_compound_order(page, order);
684         __SetPageHead(page);
685         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
686                 struct page *p = page + i;
687                 set_page_count(p, 0);
688                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
689                 set_compound_head(p, page);
690         }
691         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
692         if (hpage_pincount_available(page))
693                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
694 }
695
696 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
697 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
698
699 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
700                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
701 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
702 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
703 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
704
705 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
706
707 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
708 {
709         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
710 }
711 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
712
713 void init_debug_pagealloc(void)
714 {
715         if (!debug_pagealloc_enabled())
716                 return;
717
718         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
719
720         if (!debug_guardpage_minorder())
721                 return;
722
723         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
724 }
725
726 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
727 {
728         unsigned long res;
729
730         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
731                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
732                 return 0;
733         }
734         _debug_guardpage_minorder = res;
735         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
736         return 0;
737 }
738 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
739
740 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
741                                 unsigned int order, int migratetype)
742 {
743         if (!debug_guardpage_enabled())
744                 return false;
745
746         if (order >= debug_guardpage_minorder())
747                 return false;
748
749         __SetPageGuard(page);
750         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
751         set_page_private(page, order);
752         /* Guard pages are not available for any usage */
753         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
754
755         return true;
756 }
757
758 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
759                                 unsigned int order, int migratetype)
760 {
761         if (!debug_guardpage_enabled())
762                 return;
763
764         __ClearPageGuard(page);
765
766         set_page_private(page, 0);
767         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
768                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
769 }
770 #else
771 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
772                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
773 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
774                                 unsigned int order, int migratetype) {}
775 #endif
776
777 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
778 {
779         set_page_private(page, order);
780         __SetPageBuddy(page);
781 }
782
783 /*
784  * This function checks whether a page is free && is the buddy
785  * we can coalesce a page and its buddy if
786  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
787  * (b) the buddy is in the buddy system &&
788  * (c) a page and its buddy have the same order &&
789  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
790  *
791  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
792  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
793  *
794  * For recording page's order, we use page_private(page).
795  */
796 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
797                                                         unsigned int order)
798 {
799         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
800                 return false;
801
802         if (page_order(buddy) != order)
803                 return false;
804
805         /*
806          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
807          * zone/node ids for pages that could never merge.
808          */
809         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
810                 return false;
811
812         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
813
814         return true;
815 }
816
817 #ifdef CONFIG_COMPACTION
818 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
819 {
820         struct capture_control *capc = current->capture_control;
821
822         return capc &&
823                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
824                 !capc->page &&
825                 capc->cc->zone == zone &&
826                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
827 }
828
829 static inline bool
830 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
831                    int order, int migratetype)
832 {
833         if (!capc || order != capc->cc->order)
834                 return false;
835
836         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
837         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
838             is_migrate_isolate(migratetype))
839                 return false;
840
841         /*
842          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
843          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
844          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
845          * have trouble finding a high-order free page.
846          */
847         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
848                 return false;
849
850         capc->page = page;
851         return true;
852 }
853
854 #else
855 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
856 {
857         return NULL;
858 }
859
860 static inline bool
861 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
862                    int order, int migratetype)
863 {
864         return false;
865 }
866 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
867
868 /* Used for pages not on another list */
869 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
870                                     unsigned int order, int migratetype)
871 {
872         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
873
874         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
875         area->nr_free++;
876 }
877
878 /* Used for pages not on another list */
879 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
880                                          unsigned int order, int migratetype)
881 {
882         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
883
884         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
885         area->nr_free++;
886 }
887
888 /* Used for pages which are on another list */
889 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
890                                      unsigned int order, int migratetype)
891 {
892         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
893
894         list_move(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
895 }
896
897 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
898                                            unsigned int order)
899 {
900         /* clear reported state and update reported page count */
901         if (page_reported(page))
902                 __ClearPageReported(page);
903
904         list_del(&page->lru);
905         __ClearPageBuddy(page);
906         set_page_private(page, 0);
907         zone->free_area[order].nr_free--;
908 }
909
910 /*
911  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
912  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
913  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
914  * that is happening, add the free page to the tail of the list
915  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
916  * as a higher order page
917  */
918 static inline bool
919 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
920                    struct page *page, unsigned int order)
921 {
922         struct page *higher_page, *higher_buddy;
923         unsigned long combined_pfn;
924
925         if (order >= MAX_ORDER - 2)
926                 return false;
927
928         if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
929                 return false;
930
931         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
932         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
933         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
934         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
935
936         return pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
937                page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
938 }
939
940 /*
941  * Freeing function for a buddy system allocator.
942  *
943  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
944  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
945  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
946  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
947  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
948  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
949  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
950  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
951  * parts of the VM system.
952  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
953  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
954  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
955  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
956  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
957  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
958  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
959  * triggers coalescing into a block of larger size.
960  *
961  * -- nyc
962  */
963
964 static inline void __free_one_page(struct page *page,
965                 unsigned long pfn,
966                 struct zone *zone, unsigned int order,
967                 int migratetype, bool report)
968 {
969         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
970         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
971         unsigned long combined_pfn;
972         unsigned int max_order;
973         struct page *buddy;
974         bool to_tail;
975
976         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
977
978         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
979         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
980
981         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
982         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
983                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
984
985         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
986         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
987
988 continue_merging:
989         while (order < max_order - 1) {
990                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
991                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
992                                                                 migratetype);
993                         return;
994                 }
995                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
996                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
997
998                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
999                         goto done_merging;
1000                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1001                         goto done_merging;
1002                 /*
1003                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1004                  * merge with it and move up one order.
1005                  */
1006                 if (page_is_guard(buddy))
1007                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1008                 else
1009                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1010                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1011                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1012                 pfn = combined_pfn;
1013                 order++;
1014         }
1015         if (max_order < MAX_ORDER) {
1016                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1017                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
1018                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
1019                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
1020                  *
1021                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1022                  * low-order merging.
1023                  */
1024                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
1025                         int buddy_mt;
1026
1027                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1028                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1029                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1030
1031                         if (migratetype != buddy_mt
1032                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
1033                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
1034                                 goto done_merging;
1035                 }
1036                 max_order++;
1037                 goto continue_merging;
1038         }
1039
1040 done_merging:
1041         set_page_order(page, order);
1042
1043         if (is_shuffle_order(order))
1044                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1045         else
1046                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1047
1048         if (to_tail)
1049                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1050         else
1051                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1052
1053         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1054         if (report)
1055                 page_reporting_notify_free(order);
1056 }
1057
1058 /*
1059  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1060  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1061  * check if necessary.
1062  */
1063 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1064                                         unsigned long check_flags)
1065 {
1066         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1067                 return false;
1068
1069         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1070                         page_ref_count(page) |
1071 #ifdef CONFIG_MEMCG
1072                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1073 #endif
1074                         (page->flags & check_flags)))
1075                 return false;
1076
1077         return true;
1078 }
1079
1080 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1081 {
1082         const char *bad_reason;
1083         unsigned long bad_flags;
1084
1085         bad_reason = NULL;
1086         bad_flags = 0;
1087
1088         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1089                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1090         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1091                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1092         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1093                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1094         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1095                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1096                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1097         }
1098 #ifdef CONFIG_MEMCG
1099         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1100                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1101 #endif
1102         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1103 }
1104
1105 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1106 {
1107         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1108                 return 0;
1109
1110         /* Something has gone sideways, find it */
1111         free_pages_check_bad(page);
1112         return 1;
1113 }
1114
1115 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1116 {
1117         int ret = 1;
1118
1119         /*
1120          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1121          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1122          */
1123         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1124
1125         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1126                 ret = 0;
1127                 goto out;
1128         }
1129         switch (page - head_page) {
1130         case 1:
1131                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1132                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1133                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1134                         goto out;
1135                 }
1136                 break;
1137         case 2:
1138                 /*
1139                  * the second tail page: ->mapping is
1140                  * deferred_list.next -- ignore value.
1141                  */
1142                 break;
1143         default:
1144                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1145                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1146                         goto out;
1147                 }
1148                 break;
1149         }
1150         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1151                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1152                 goto out;
1153         }
1154         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1155                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1156                 goto out;
1157         }
1158         ret = 0;
1159 out:
1160         page->mapping = NULL;
1161         clear_compound_head(page);
1162         return ret;
1163 }
1164
1165 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages)
1166 {
1167         int i;
1168
1169         for (i = 0; i < numpages; i++)
1170                 clear_highpage(page + i);
1171 }
1172
1173 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1174                                         unsigned int order, bool check_free)
1175 {
1176         int bad = 0;
1177
1178         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1179
1180         trace_mm_page_free(page, order);
1181
1182         /*
1183          * Check tail pages before head page information is cleared to
1184          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1185          */
1186         if (unlikely(order)) {
1187                 bool compound = PageCompound(page);
1188                 int i;
1189
1190                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1191
1192                 if (compound)
1193                         ClearPageDoubleMap(page);
1194                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1195                         if (compound)
1196                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1197                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1198                                 bad++;
1199                                 continue;
1200                         }
1201                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1202                 }
1203         }
1204         if (PageMappingFlags(page))
1205                 page->mapping = NULL;
1206         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1207                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1208         if (check_free)
1209                 bad += free_pages_check(page);
1210         if (bad)
1211                 return false;
1212
1213         page_cpupid_reset_last(page);
1214         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1215         reset_page_owner(page, order);
1216
1217         if (!PageHighMem(page)) {
1218                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1219                                            PAGE_SIZE << order);
1220                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1221                                            PAGE_SIZE << order);
1222         }
1223         if (want_init_on_free())
1224                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
1225
1226         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1227         /*
1228          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1229          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1230          * happen after this.
1231          */
1232         arch_free_page(page, order);
1233
1234         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1235                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1236
1237         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1238
1239         return true;
1240 }
1241
1242 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1243 /*
1244  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1245  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1246  * moved from pcp lists to free lists.
1247  */
1248 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1249 {
1250         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1251 }
1252
1253 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1254 {
1255         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1256                 return free_pages_check(page);
1257         else
1258                 return false;
1259 }
1260 #else
1261 /*
1262  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1263  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1264  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1265  * to the pcp lists.
1266  */
1267 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1268 {
1269         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1270                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1271         else
1272                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1273 }
1274
1275 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1276 {
1277         return free_pages_check(page);
1278 }
1279 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1280
1281 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1282 {
1283         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1284         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1285         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1286
1287         prefetch(buddy);
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Frees a number of pages from the PCP lists
1292  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1293  * count is the number of pages to free.
1294  *
1295  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1296  * see if this freeing clears that state.
1297  *
1298  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1299  * pinned" detection logic.
1300  */
1301 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1302                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1303 {
1304         int migratetype = 0;
1305         int batch_free = 0;
1306         int prefetch_nr = 0;
1307         bool isolated_pageblocks;
1308         struct page *page, *tmp;
1309         LIST_HEAD(head);
1310
1311         while (count) {
1312                 struct list_head *list;
1313
1314                 /*
1315                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1316                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1317                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1318                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1319                  * lists
1320                  */
1321                 do {
1322                         batch_free++;
1323                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1324                                 migratetype = 0;
1325                         list = &pcp->lists[migratetype];
1326                 } while (list_empty(list));
1327
1328                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1329                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1330                         batch_free = count;
1331
1332                 do {
1333                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1334                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1335                         list_del(&page->lru);
1336                         pcp->count--;
1337
1338                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1339                                 continue;
1340
1341                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1342
1343                         /*
1344                          * We are going to put the page back to the global
1345                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1346                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1347                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1348                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1349                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1350                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1351                          */
1352                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1353                                 prefetch_buddy(page);
1354                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1355         }
1356
1357         spin_lock(&zone->lock);
1358         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1359
1360         /*
1361          * Use safe version since after __free_one_page(),
1362          * page->lru.next will not point to original list.
1363          */
1364         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1365                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1366                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1367                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1368                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1369                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1370                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1371
1372                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt, true);
1373                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1374         }
1375         spin_unlock(&zone->lock);
1376 }
1377
1378 static void free_one_page(struct zone *zone,
1379                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1380                                 unsigned int order,
1381                                 int migratetype)
1382 {
1383         spin_lock(&zone->lock);
1384         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1385                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1386                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1387         }
1388         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, true);
1389         spin_unlock(&zone->lock);
1390 }
1391
1392 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1393                                 unsigned long zone, int nid)
1394 {
1395         mm_zero_struct_page(page);
1396         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1397         init_page_count(page);
1398         page_mapcount_reset(page);
1399         page_cpupid_reset_last(page);
1400         page_kasan_tag_reset(page);
1401
1402         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1403 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1404         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1405         if (!is_highmem_idx(zone))
1406                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1407 #endif
1408 }
1409
1410 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1411 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1412 {
1413         pg_data_t *pgdat;
1414         int nid, zid;
1415
1416         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1417                 return;
1418
1419         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1420         pgdat = NODE_DATA(nid);
1421
1422         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1423                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1424
1425                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1426                         break;
1427         }
1428         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1429 }
1430 #else
1431 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1432 {
1433 }
1434 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1435
1436 /*
1437  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1438  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1439  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1440  * sent to the buddy page allocator.
1441  */
1442 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1443 {
1444         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1445         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1446
1447         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1448                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1449                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1450
1451                         init_reserved_page(start_pfn);
1452
1453                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1454                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1455
1456                         /*
1457                          * no need for atomic set_bit because the struct
1458                          * page is not visible yet so nobody should
1459                          * access it yet.
1460                          */
1461                         __SetPageReserved(page);
1462                 }
1463         }
1464 }
1465
1466 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1467 {
1468         unsigned long flags;
1469         int migratetype;
1470         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1471
1472         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1473                 return;
1474
1475         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1476         local_irq_save(flags);
1477         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1478         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1479         local_irq_restore(flags);
1480 }
1481
1482 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1483 {
1484         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1485         struct page *p = page;
1486         unsigned int loop;
1487
1488         prefetchw(p);
1489         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1490                 prefetchw(p + 1);
1491                 __ClearPageReserved(p);
1492                 set_page_count(p, 0);
1493         }
1494         __ClearPageReserved(p);
1495         set_page_count(p, 0);
1496
1497         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1498         set_page_refcounted(page);
1499         __free_pages(page, order);
1500 }
1501
1502 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1503         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1504
1505 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1506
1507 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1508 {
1509         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1510         int nid;
1511
1512         spin_lock(&early_pfn_lock);
1513         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1514         if (nid < 0)
1515                 nid = first_online_node;
1516         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1517
1518         return nid;
1519 }
1520 #endif
1521
1522 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1523 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1524 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1525 {
1526         int nid;
1527
1528         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1529         if (nid >= 0 && nid != node)
1530                 return false;
1531         return true;
1532 }
1533
1534 #else
1535 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1536 {
1537         return true;
1538 }
1539 #endif
1540
1541
1542 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1543                                                         unsigned int order)
1544 {
1545         if (early_page_uninitialised(pfn))
1546                 return;
1547         __free_pages_core(page, order);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1552  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1553  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1554  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1555  * pageblocks.
1556  *
1557  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1558  *
1559  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1560  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1561  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1562  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1563  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1564  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1565  * page in a pageblock.
1566  */
1567 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1568                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1569 {
1570         struct page *start_page;
1571         struct page *end_page;
1572
1573         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1574         end_pfn--;
1575
1576         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1577                 return NULL;
1578
1579         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1580         if (!start_page)
1581                 return NULL;
1582
1583         if (page_zone(start_page) != zone)
1584                 return NULL;
1585
1586         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1587
1588         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1589         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1590                 return NULL;
1591
1592         return start_page;
1593 }
1594
1595 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1596 {
1597         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1598         unsigned long block_end_pfn;
1599
1600         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1601         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1602                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1603                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1604
1605                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1606
1607                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1608                                              block_end_pfn, zone))
1609                         return;
1610         }
1611
1612         /* We confirm that there is no hole */
1613         zone->contiguous = true;
1614 }
1615
1616 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1617 {
1618         zone->contiguous = false;
1619 }
1620
1621 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1622 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1623                                        unsigned long nr_pages)
1624 {
1625         struct page *page;
1626         unsigned long i;
1627
1628         if (!nr_pages)
1629                 return;
1630
1631         page = pfn_to_page(pfn);
1632
1633         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1634         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1635             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1636                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1637                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1638                 return;
1639         }
1640
1641         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1642                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1643                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1644                 __free_pages_core(page, 0);
1645         }
1646 }
1647
1648 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1649 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1650 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1651
1652 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1653 {
1654         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1655                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1660  *
1661  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1662  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1663  * function is optimized out.
1664  *
1665  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1666  * of the head pfn.
1667  */
1668 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1669 {
1670         if (!pfn_valid_within(pfn))
1671                 return false;
1672         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1673                 return false;
1674         return true;
1675 }
1676
1677 /*
1678  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1679  * pageblock_nr_pages sizes.
1680  */
1681 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1682                                        unsigned long end_pfn)
1683 {
1684         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1685         unsigned long nr_free = 0;
1686
1687         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1688                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1689                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1690                         nr_free = 0;
1691                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1692                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1693                         nr_free = 1;
1694                         touch_nmi_watchdog();
1695                 } else {
1696                         nr_free++;
1697                 }
1698         }
1699         /* Free the last block of pages to allocator */
1700         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1701 }
1702
1703 /*
1704  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1705  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1706  * Return number of pages initialized.
1707  */
1708 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1709                                                  unsigned long pfn,
1710                                                  unsigned long end_pfn)
1711 {
1712         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1713         int nid = zone_to_nid(zone);
1714         unsigned long nr_pages = 0;
1715         int zid = zone_idx(zone);
1716         struct page *page = NULL;
1717
1718         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1719                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1720                         page = NULL;
1721                         continue;
1722                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1723                         page = pfn_to_page(pfn);
1724                         touch_nmi_watchdog();
1725                 } else {
1726                         page++;
1727                 }
1728                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1729                 nr_pages++;
1730         }
1731         return (nr_pages);
1732 }
1733
1734 /*
1735  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1736  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1737  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1738  * return false indicating there are no valid ranges left.
1739  */
1740 static bool __init
1741 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1742                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1743                                     unsigned long first_init_pfn)
1744 {
1745         u64 j;
1746
1747         /*
1748          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1749          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1750          * so we just need to flush them out of the system.
1751          */
1752         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1753                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1754                         continue;
1755                 if (*spfn < first_init_pfn)
1756                         *spfn = first_init_pfn;
1757                 *i = j;
1758                 return true;
1759         }
1760
1761         return false;
1762 }
1763
1764 /*
1765  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1766  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1767  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1768  * page in __free_one_page()).
1769  *
1770  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1771  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1772  * any issues with the buddy page computation.
1773  */
1774 static unsigned long __init
1775 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1776                        unsigned long *end_pfn)
1777 {
1778         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1779         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1780         unsigned long nr_pages = 0;
1781         u64 j = *i;
1782
1783         /* First we loop through and initialize the page values */
1784         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1785                 unsigned long t;
1786
1787                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1788                         break;
1789
1790                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1791                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1792
1793                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1794                         *start_pfn = mo_pfn;
1795                         break;
1796                 }
1797         }
1798
1799         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1800         swap(j, *i);
1801
1802         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1803                 unsigned long t;
1804
1805                 if (mo_pfn <= spfn)
1806                         break;
1807
1808                 t = min(mo_pfn, epfn);
1809                 deferred_free_pages(spfn, t);
1810
1811                 if (mo_pfn <= epfn)
1812                         break;
1813         }
1814
1815         return nr_pages;
1816 }
1817
1818 /* Initialise remaining memory on a node */
1819 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1820 {
1821         pg_data_t *pgdat = data;
1822         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1823         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1824         unsigned long first_init_pfn, flags;
1825         unsigned long start = jiffies;
1826         struct zone *zone;
1827         int zid;
1828         u64 i;
1829
1830         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1831         if (!cpumask_empty(cpumask))
1832                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1833
1834         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1835         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1836         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1837                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1838                 pgdat_init_report_one_done();
1839                 return 0;
1840         }
1841
1842         /* Sanity check boundaries */
1843         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1844         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1845         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1846
1847         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1848         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1849                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1850                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1851                         break;
1852         }
1853
1854         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1855         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1856                                                  first_init_pfn))
1857                 goto zone_empty;
1858
1859         /*
1860          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1861          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1862          * allocator.
1863          */
1864         while (spfn < epfn)
1865                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1866 zone_empty:
1867         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1868
1869         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1870         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1871
1872         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1873                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1874
1875         pgdat_init_report_one_done();
1876         return 0;
1877 }
1878
1879 /*
1880  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1881  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1882  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1883  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1884  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1885  *
1886  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1887  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1888  * enough pages to satisfy the allocation.
1889  *
1890  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1891  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1892  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1893  */
1894 static noinline bool __init
1895 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1896 {
1897         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1898         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1899         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1900         unsigned long spfn, epfn, flags;
1901         unsigned long nr_pages = 0;
1902         u64 i;
1903
1904         /* Only the last zone may have deferred pages */
1905         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1906                 return false;
1907
1908         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1909
1910         /*
1911          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1912          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1913          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1914          * has this static branch.
1915          */
1916         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1917                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1918                 return true;
1919         }
1920
1921         /*
1922          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1923          * true, as there might be enough pages already.
1924          */
1925         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1926                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1927                 return true;
1928         }
1929
1930         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1931         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1932                                                  first_deferred_pfn)) {
1933                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1934                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1935                 /* Retry only once. */
1936                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1937         }
1938
1939         /*
1940          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1941          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1942          * allocator.
1943          */
1944         while (spfn < epfn) {
1945                 /* update our first deferred PFN for this section */
1946                 first_deferred_pfn = spfn;
1947
1948                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1949
1950                 /* We should only stop along section boundaries */
1951                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1952                         continue;
1953
1954                 /* If our quota has been met we can stop here */
1955                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1956                         break;
1957         }
1958
1959         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1960         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1961
1962         return nr_pages > 0;
1963 }
1964
1965 /*
1966  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1967  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1968  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1969  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1970  */
1971 static bool __ref
1972 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1973 {
1974         return deferred_grow_zone(zone, order);
1975 }
1976
1977 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1978
1979 void __init page_alloc_init_late(void)
1980 {
1981         struct zone *zone;
1982         int nid;
1983
1984 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1985
1986         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1987         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1988         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1989                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1990         }
1991
1992         /* Block until all are initialised */
1993         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1994
1995         /*
1996          * The number of managed pages has changed due to the initialisation
1997          * so the pcpu batch and high limits needs to be updated or the limits
1998          * will be artificially small.
1999          */
2000         for_each_populated_zone(zone)
2001                 zone_pcp_update(zone);
2002
2003         /*
2004          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2005          * on-demand struct page initialization.
2006          */
2007         static_branch_disable(&deferred_pages);
2008
2009         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2010         files_maxfiles_init();
2011 #endif
2012
2013         /* Discard memblock private memory */
2014         memblock_discard();
2015
2016         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2017                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2018
2019         for_each_populated_zone(zone)
2020                 set_zone_contiguous(zone);
2021 }
2022
2023 #ifdef CONFIG_CMA
2024 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2025 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2026 {
2027         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2028         struct page *p = page;
2029
2030         do {
2031                 __ClearPageReserved(p);
2032                 set_page_count(p, 0);
2033         } while (++p, --i);
2034
2035         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2036
2037         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
2038                 i = pageblock_nr_pages;
2039                 p = page;
2040                 do {
2041                         set_page_refcounted(p);
2042                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
2043                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
2044                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
2045         } else {
2046                 set_page_refcounted(page);
2047                 __free_pages(page, pageblock_order);
2048         }
2049
2050         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2051 }
2052 #endif
2053
2054 /*
2055  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2056  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2057  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2058  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2059  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2060  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2061  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2062  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2063  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2064  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2065  *
2066  * -- nyc
2067  */
2068 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2069         int low, int high, int migratetype)
2070 {
2071         unsigned long size = 1 << high;
2072
2073         while (high > low) {
2074                 high--;
2075                 size >>= 1;
2076                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2077
2078                 /*
2079                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2080                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2081                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2082                  * pages will stay not present in virtual address space
2083                  */
2084                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2085                         continue;
2086
2087                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2088                 set_page_order(&page[size], high);
2089         }
2090 }
2091
2092 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2093 {
2094         const char *bad_reason = NULL;
2095         unsigned long bad_flags = 0;
2096
2097         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
2098                 bad_reason = "nonzero mapcount";
2099         if (unlikely(page->mapping != NULL))
2100                 bad_reason = "non-NULL mapping";
2101         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
2102                 bad_reason = "nonzero _refcount";
2103         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2104                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
2105                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
2106                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2107                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2108                 return;
2109         }
2110         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
2111                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2112                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2113         }
2114 #ifdef CONFIG_MEMCG
2115         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2116                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2117 #endif
2118         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2119 }
2120
2121 /*
2122  * This page is about to be returned from the page allocator
2123  */
2124 static inline int check_new_page(struct page *page)
2125 {
2126         if (likely(page_expected_state(page,
2127                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2128                 return 0;
2129
2130         check_new_page_bad(page);
2131         return 1;
2132 }
2133
2134 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2135 {
2136         return (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2137                 page_poisoning_enabled()) || want_init_on_free();
2138 }
2139
2140 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2141 /*
2142  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2143  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2144  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2145  */
2146 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2147 {
2148         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2149                 return check_new_page(page);
2150         else
2151                 return false;
2152 }
2153
2154 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2155 {
2156         return check_new_page(page);
2157 }
2158 #else
2159 /*
2160  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2161  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2162  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2163  */
2164 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2165 {
2166         return check_new_page(page);
2167 }
2168 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2169 {
2170         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2171                 return check_new_page(page);
2172         else
2173                 return false;
2174 }
2175 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2176
2177 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2178 {
2179         int i;
2180         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2181                 struct page *p = page + i;
2182
2183                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2184                         return true;
2185         }
2186
2187         return false;
2188 }
2189
2190 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2191                                 gfp_t gfp_flags)
2192 {
2193         set_page_private(page, 0);
2194         set_page_refcounted(page);
2195
2196         arch_alloc_page(page, order);
2197         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2198                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2199         kasan_alloc_pages(page, order);
2200         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2201         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2202 }
2203
2204 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2205                                                         unsigned int alloc_flags)
2206 {
2207         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2208
2209         if (!free_pages_prezeroed() && want_init_on_alloc(gfp_flags))
2210                 kernel_init_free_pages(page, 1 << order);
2211
2212         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2213                 prep_compound_page(page, order);
2214
2215         /*
2216          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2217          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2218          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2219          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2220          */
2221         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2222                 set_page_pfmemalloc(page);
2223         else
2224                 clear_page_pfmemalloc(page);
2225 }
2226
2227 /*
2228  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2229  * the smallest available page from the freelists
2230  */
2231 static __always_inline
2232 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2233                                                 int migratetype)
2234 {
2235         unsigned int current_order;
2236         struct free_area *area;
2237         struct page *page;
2238
2239         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2240         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2241                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2242                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2243                 if (!page)
2244                         continue;
2245                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2246                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2247                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2248                 return page;
2249         }
2250
2251         return NULL;
2252 }
2253
2254
2255 /*
2256  * This array describes the order lists are fallen back to when
2257  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2258  */
2259 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2260         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2261         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2262         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2263 #ifdef CONFIG_CMA
2264         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2265 #endif
2266 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2267         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2268 #endif
2269 };
2270
2271 #ifdef CONFIG_CMA
2272 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2273                                         unsigned int order)
2274 {
2275         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2276 }
2277 #else
2278 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2279                                         unsigned int order) { return NULL; }
2280 #endif
2281
2282 /*
2283  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2284  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2285  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2286  */
2287 static int move_freepages(struct zone *zone,
2288                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2289                           int migratetype, int *num_movable)
2290 {
2291         struct page *page;
2292         unsigned int order;
2293         int pages_moved = 0;
2294
2295         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2296                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2297                         page++;
2298                         continue;
2299                 }
2300
2301                 if (!PageBuddy(page)) {
2302                         /*
2303                          * We assume that pages that could be isolated for
2304                          * migration are movable. But we don't actually try
2305                          * isolating, as that would be expensive.
2306                          */
2307                         if (num_movable &&
2308                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2309                                 (*num_movable)++;
2310
2311                         page++;
2312                         continue;
2313                 }
2314
2315                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2316                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2317                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2318
2319                 order = page_order(page);
2320                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2321                 page += 1 << order;
2322                 pages_moved += 1 << order;
2323         }
2324
2325         return pages_moved;
2326 }
2327
2328 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2329                                 int migratetype, int *num_movable)
2330 {
2331         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2332         struct page *start_page, *end_page;
2333
2334         if (num_movable)
2335                 *num_movable = 0;
2336
2337         start_pfn = page_to_pfn(page);
2338         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2339         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2340         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2341         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2342
2343         /* Do not cross zone boundaries */
2344         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2345                 start_page = page;
2346         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2347                 return 0;
2348
2349         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2350                                                                 num_movable);
2351 }
2352
2353 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2354                                         int start_order, int migratetype)
2355 {
2356         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2357
2358         while (nr_pageblocks--) {
2359                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2360                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2361         }
2362 }
2363
2364 /*
2365  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2366  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2367  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2368  *
2369  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2370  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2371  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2372  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2373  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2374  * pageblocks.
2375  */
2376 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2377 {
2378         /*
2379          * Leaving this order check is intended, although there is
2380          * relaxed order check in next check. The reason is that
2381          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2382          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2383          * so could be changed anytime.
2384          */
2385         if (order >= pageblock_order)
2386                 return true;
2387
2388         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2389                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2390                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2391                 page_group_by_mobility_disabled)
2392                 return true;
2393
2394         return false;
2395 }
2396
2397 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2398 {
2399         unsigned long max_boost;
2400
2401         if (!watermark_boost_factor)
2402                 return;
2403
2404         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2405                         watermark_boost_factor, 10000);
2406
2407         /*
2408          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2409          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2410          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2411          * allocations that early means that reclaim is not going
2412          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2413          * boosted watermark resulting in a hang.
2414          */
2415         if (!max_boost)
2416                 return;
2417
2418         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2419
2420         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2421                 max_boost);
2422 }
2423
2424 /*
2425  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2426  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2427  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2428  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2429  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2430  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2431  */
2432 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2433                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2434 {
2435         unsigned int current_order = page_order(page);
2436         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2437         int old_block_type;
2438
2439         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2440
2441         /*
2442          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2443          * highatomic accounting.
2444          */
2445         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2446                 goto single_page;
2447
2448         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2449         if (current_order >= pageblock_order) {
2450                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2451                 goto single_page;
2452         }
2453
2454         /*
2455          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2456          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2457          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2458          */
2459         boost_watermark(zone);
2460         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2461                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2462
2463         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2464         if (!whole_block)
2465                 goto single_page;
2466
2467         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2468                                                 &movable_pages);
2469         /*
2470          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2471          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2472          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2473          */
2474         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2475                 alike_pages = movable_pages;
2476         } else {
2477                 /*
2478                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2479                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2480                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2481                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2482                  * exact migratetype of non-movable pages.
2483                  */
2484                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2485                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2486                                                 - (free_pages + movable_pages);
2487                 else
2488                         alike_pages = 0;
2489         }
2490
2491         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2492         if (!free_pages)
2493                 goto single_page;
2494
2495         /*
2496          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2497          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2498          */
2499         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2500                         page_group_by_mobility_disabled)
2501                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2502
2503         return;
2504
2505 single_page:
2506         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2507 }
2508
2509 /*
2510  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2511  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2512  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2513  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2514  */
2515 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2516                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2517 {
2518         int i;
2519         int fallback_mt;
2520
2521         if (area->nr_free == 0)
2522                 return -1;
2523
2524         *can_steal = false;
2525         for (i = 0;; i++) {
2526                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2527                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2528                         break;
2529
2530                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2531                         continue;
2532
2533                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2534                         *can_steal = true;
2535
2536                 if (!only_stealable)
2537                         return fallback_mt;
2538
2539                 if (*can_steal)
2540                         return fallback_mt;
2541         }
2542
2543         return -1;
2544 }
2545
2546 /*
2547  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2548  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2549  */
2550 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2551                                 unsigned int alloc_order)
2552 {
2553         int mt;
2554         unsigned long max_managed, flags;
2555
2556         /*
2557          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2558          * Check is race-prone but harmless.
2559          */
2560         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2561         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2562                 return;
2563
2564         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2565
2566         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2567         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2568                 goto out_unlock;
2569
2570         /* Yoink! */
2571         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2572         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2573             && !is_migrate_cma(mt)) {
2574                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2575                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2576                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2577         }
2578
2579 out_unlock:
2580         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2581 }
2582
2583 /*
2584  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2585  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2586  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2587  * to recover from than an OOM.
2588  *
2589  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2590  * pageblock is exhausted.
2591  */
2592 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2593                                                 bool force)
2594 {
2595         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2596         unsigned long flags;
2597         struct zoneref *z;
2598         struct zone *zone;
2599         struct page *page;
2600         int order;
2601         bool ret;
2602
2603         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2604                                                                 ac->nodemask) {
2605                 /*
2606                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2607                  * is really high.
2608                  */
2609                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2610                                         pageblock_nr_pages)
2611                         continue;
2612
2613                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2614                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2615                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2616
2617                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2618                         if (!page)
2619                                 continue;
2620
2621                         /*
2622                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2623                          * we can counter several free pages in a pageblock
2624                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2625                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2626                          * adjust the count once.
2627                          */
2628                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2629                                 /*
2630                                  * It should never happen but changes to
2631                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2632                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2633                                  * while unreserving so be safe and watch for
2634                                  * underflows.
2635                                  */
2636                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2637                                                 pageblock_nr_pages,
2638                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2639                         }
2640
2641                         /*
2642                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2643                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2644                          * is doing the work and needs the pages. More
2645                          * importantly, if the block was always converted to
2646                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2647                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2648                          * may increase.
2649                          */
2650                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2651                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2652                                                                         NULL);
2653                         if (ret) {
2654                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2655                                 return ret;
2656                         }
2657                 }
2658                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2659         }
2660
2661         return false;
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2666  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2667  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2668  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2669  *
2670  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2671  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2672  * condition simpler.
2673  */
2674 static __always_inline bool
2675 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2676                                                 unsigned int alloc_flags)
2677 {
2678         struct free_area *area;
2679         int current_order;
2680         int min_order = order;
2681         struct page *page;
2682         int fallback_mt;
2683         bool can_steal;
2684
2685         /*
2686          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2687          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2688          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2689          */
2690         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2691                 min_order = pageblock_order;
2692
2693         /*
2694          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2695          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2696          * would be too costly to do exactly.
2697          */
2698         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2699                                 --current_order) {
2700                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2701                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2702                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2703                 if (fallback_mt == -1)
2704                         continue;
2705
2706                 /*
2707                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2708                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2709                  * steal and split the smallest available page instead of the
2710                  * largest available page, because even if the next movable
2711                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2712                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2713                  */
2714                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2715                                         && current_order > order)
2716                         goto find_smallest;
2717
2718                 goto do_steal;
2719         }
2720
2721         return false;
2722
2723 find_smallest:
2724         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2725                                                         current_order++) {
2726                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2727                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2728                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2729                 if (fallback_mt != -1)
2730                         break;
2731         }
2732
2733         /*
2734          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2735          * when looking for the largest page.
2736          */
2737         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2738
2739 do_steal:
2740         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2741
2742         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2743                                                                 can_steal);
2744
2745         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2746                 start_migratetype, fallback_mt);
2747
2748         return true;
2749
2750 }
2751
2752 /*
2753  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2754  * Call me with the zone->lock already held.
2755  */
2756 static __always_inline struct page *
2757 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2758                                                 unsigned int alloc_flags)
2759 {
2760         struct page *page;
2761
2762 retry:
2763         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2764         if (unlikely(!page)) {
2765                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2766                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2767
2768                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2769                                                                 alloc_flags))
2770                         goto retry;
2771         }
2772
2773         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2774         return page;
2775 }
2776
2777 /*
2778  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2779  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2780  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2781  */
2782 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2783                         unsigned long count, struct list_head *list,
2784                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2785 {
2786         int i, alloced = 0;
2787
2788         spin_lock(&zone->lock);
2789         for (i = 0; i < count; ++i) {
2790                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2791                                                                 alloc_flags);
2792                 if (unlikely(page == NULL))
2793                         break;
2794
2795                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2796                         continue;
2797
2798                 /*
2799                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2800                  * physical page order. The page is added to the tail of
2801                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2802                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2803                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2804                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2805                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2806                  * pages are ordered properly.
2807                  */
2808                 list_add_tail(&page->lru, list);
2809                 alloced++;
2810                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2811                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2812                                               -(1 << order));
2813         }
2814
2815         /*
2816          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2817          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2818          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2819          * pages added to the pcp list.
2820          */
2821         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2822         spin_unlock(&zone->lock);
2823         return alloced;
2824 }
2825
2826 #ifdef CONFIG_NUMA
2827 /*
2828  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2829  * currently executing processor on remote nodes after they have
2830  * expired.
2831  *
2832  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2833  * a single processor.
2834  */
2835 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2836 {
2837         unsigned long flags;
2838         int to_drain, batch;
2839
2840         local_irq_save(flags);
2841         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2842         to_drain = min(pcp->count, batch);
2843         if (to_drain > 0)
2844                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2845         local_irq_restore(flags);
2846 }
2847 #endif
2848
2849 /*
2850  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2851  *
2852  * The processor must either be the current processor and the
2853  * thread pinned to the current processor or a processor that
2854  * is not online.
2855  */
2856 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2857 {
2858         unsigned long flags;
2859         struct per_cpu_pageset *pset;
2860         struct per_cpu_pages *pcp;
2861
2862         local_irq_save(flags);
2863         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2864
2865         pcp = &pset->pcp;
2866         if (pcp->count)
2867                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2868         local_irq_restore(flags);
2869 }
2870
2871 /*
2872  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2873  *
2874  * The processor must either be the current processor and the
2875  * thread pinned to the current processor or a processor that
2876  * is not online.
2877  */
2878 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2879 {
2880         struct zone *zone;
2881
2882         for_each_populated_zone(zone) {
2883                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2884         }
2885 }
2886
2887 /*
2888  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2889  *
2890  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2891  * the single zone's pages.
2892  */
2893 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2894 {
2895         int cpu = smp_processor_id();
2896
2897         if (zone)
2898                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2899         else
2900                 drain_pages(cpu);
2901 }
2902
2903 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2904 {
2905         struct pcpu_drain *drain;
2906
2907         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2908
2909         /*
2910          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2911          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2912          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2913          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2914          * a different one.
2915          */
2916         preempt_disable();
2917         drain_local_pages(drain->zone);
2918         preempt_enable();
2919 }
2920
2921 /*
2922  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2923  *
2924  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2925  *
2926  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2927  */
2928 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2929 {
2930         int cpu;
2931
2932         /*
2933          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2934          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2935          */
2936         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2937
2938         /*
2939          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2940          * initialized.
2941          */
2942         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2943                 return;
2944
2945         /*
2946          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2947          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2948          * the drain to be complete when the call returns.
2949          */
2950         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2951                 if (!zone)
2952                         return;
2953                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2954         }
2955
2956         /*
2957          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2958          * as offline notification will cause the notified
2959          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2960          * disables preemption as part of its processing
2961          */
2962         for_each_online_cpu(cpu) {
2963                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2964                 struct zone *z;
2965                 bool has_pcps = false;
2966
2967                 if (zone) {
2968                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2969                         if (pcp->pcp.count)
2970                                 has_pcps = true;
2971                 } else {
2972                         for_each_populated_zone(z) {
2973                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2974                                 if (pcp->pcp.count) {
2975                                         has_pcps = true;
2976                                         break;
2977                                 }
2978                         }
2979                 }
2980
2981                 if (has_pcps)
2982                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2983                 else
2984                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2985         }
2986
2987         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2988                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2989
2990                 drain->zone = zone;
2991                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2992                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2993         }
2994         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2995                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2996
2997         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2998 }
2999
3000 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3001
3002 /*
3003  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3004  */
3005 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3006
3007 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3008 {
3009         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3010         unsigned long flags;
3011         unsigned int order, t;
3012         struct page *page;
3013
3014         if (zone_is_empty(zone))
3015                 return;
3016
3017         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3018
3019         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3020         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3021                 if (pfn_valid(pfn)) {
3022                         page = pfn_to_page(pfn);
3023
3024                         if (!--page_count) {
3025                                 touch_nmi_watchdog();
3026                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3027                         }
3028
3029                         if (page_zone(page) != zone)
3030                                 continue;
3031
3032                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3033                                 swsusp_unset_page_free(page);
3034                 }
3035
3036         for_each_migratetype_order(order, t) {
3037                 list_for_each_entry(page,
3038                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3039                         unsigned long i;
3040
3041                         pfn = page_to_pfn(page);
3042                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3043                                 if (!--page_count) {
3044                                         touch_nmi_watchdog();
3045                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3046                                 }
3047                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3048                         }
3049                 }
3050         }
3051         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3052 }
3053 #endif /* CONFIG_PM */
3054
3055 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
3056 {
3057         int migratetype;
3058
3059         if (!free_pcp_prepare(page))
3060                 return false;
3061
3062         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3063         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3064         return true;
3065 }
3066
3067 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
3068 {
3069         struct zone *zone = page_zone(page);
3070         struct per_cpu_pages *pcp;
3071         int migratetype;
3072
3073         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3074         __count_vm_event(PGFREE);
3075
3076         /*
3077          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3078          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
3079          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3080          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3081          * excessively into the page allocator
3082          */
3083         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
3084                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3085                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
3086                         return;
3087                 }
3088                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3089         }
3090
3091         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3092         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
3093         pcp->count++;
3094         if (pcp->count >= pcp->high) {
3095                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3096                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
3097         }
3098 }
3099
3100 /*
3101  * Free a 0-order page
3102  */
3103 void free_unref_page(struct page *page)
3104 {
3105         unsigned long flags;
3106         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3107
3108         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3109                 return;
3110
3111         local_irq_save(flags);
3112         free_unref_page_commit(page, pfn);
3113         local_irq_restore(flags);
3114 }
3115
3116 /*
3117  * Free a list of 0-order pages
3118  */
3119 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3120 {
3121         struct page *page, *next;
3122         unsigned long flags, pfn;
3123         int batch_count = 0;
3124
3125         /* Prepare pages for freeing */
3126         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3127                 pfn = page_to_pfn(page);
3128                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3129                         list_del(&page->lru);
3130                 set_page_private(page, pfn);
3131         }
3132
3133         local_irq_save(flags);
3134         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3135                 unsigned long pfn = page_private(page);
3136
3137                 set_page_private(page, 0);
3138                 trace_mm_page_free_batched(page);
3139                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3140
3141                 /*
3142                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3143                  * a large list of pages to free.
3144                  */
3145                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3146                         local_irq_restore(flags);
3147                         batch_count = 0;
3148                         local_irq_save(flags);
3149                 }
3150         }
3151         local_irq_restore(flags);
3152 }
3153
3154 /*
3155  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3156  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3157  * Each sub-page must be freed individually.
3158  *
3159  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3160  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3161  */
3162 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3163 {
3164         int i;
3165
3166         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3167         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3168
3169         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3170                 set_page_refcounted(page + i);
3171         split_page_owner(page, order);
3172 }
3173 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3174
3175 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3176 {
3177         unsigned long watermark;
3178         struct zone *zone;
3179         int mt;
3180
3181         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3182
3183         zone = page_zone(page);
3184         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3185
3186         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3187                 /*
3188                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3189                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3190                  * watermark, because we already know our high-order page
3191                  * exists.
3192                  */
3193                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3194                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3195                         return 0;
3196
3197                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3198         }
3199
3200         /* Remove page from free list */
3201
3202         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3203
3204         /*
3205          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3206          * pageblock
3207          */
3208         if (order >= pageblock_order - 1) {
3209                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3210                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3211                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3212                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3213                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3214                                 set_pageblock_migratetype(page,
3215                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3216                 }
3217         }
3218
3219
3220         return 1UL << order;
3221 }
3222
3223 /**
3224  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3225  * @page: Page that was isolated
3226  * @order: Order of the isolated page
3227  *
3228  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3229  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3230  */
3231 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3232 {
3233         struct zone *zone = page_zone(page);
3234
3235         /* zone lock should be held when this function is called */
3236         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3237
3238         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3239         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, false);
3240 }
3241
3242 /*
3243  * Update NUMA hit/miss statistics
3244  *
3245  * Must be called with interrupts disabled.
3246  */
3247 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3248 {
3249 #ifdef CONFIG_NUMA
3250         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3251
3252         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3253         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3254                 return;
3255
3256         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3257                 local_stat = NUMA_OTHER;
3258
3259         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3260                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3261         else {
3262                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3263                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3264         }
3265         __inc_numa_state(z, local_stat);
3266 #endif
3267 }
3268
3269 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3270 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3271                         unsigned int alloc_flags,
3272                         struct per_cpu_pages *pcp,
3273                         struct list_head *list)
3274 {
3275         struct page *page;
3276
3277         do {
3278                 if (list_empty(list)) {
3279                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3280                                         pcp->batch, list,
3281                                         migratetype, alloc_flags);
3282                         if (unlikely(list_empty(list)))
3283                                 return NULL;
3284                 }
3285
3286                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3287                 list_del(&page->lru);
3288                 pcp->count--;
3289         } while (check_new_pcp(page));
3290
3291         return page;
3292 }
3293
3294 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3295 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3296                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3297                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3298 {
3299         struct per_cpu_pages *pcp;
3300         struct list_head *list;
3301         struct page *page;
3302         unsigned long flags;
3303
3304         local_irq_save(flags);
3305         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3306         list = &pcp->lists[migratetype];
3307         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3308         if (page) {
3309                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3310                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3311         }
3312         local_irq_restore(flags);
3313         return page;
3314 }
3315
3316 /*
3317  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3318  */
3319 static inline
3320 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3321                         struct zone *zone, unsigned int order,
3322                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3323                         int migratetype)
3324 {
3325         unsigned long flags;
3326         struct page *page;
3327
3328         if (likely(order == 0)) {
3329                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3330                                         migratetype, alloc_flags);
3331                 goto out;
3332         }
3333
3334         /*
3335          * We most definitely don't want callers attempting to
3336          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3337          */
3338         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3339         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3340
3341         do {
3342                 page = NULL;
3343                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3344                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3345                         if (page)
3346                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3347                 }
3348                 if (!page)
3349                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3350         } while (page && check_new_pages(page, order));
3351         spin_unlock(&zone->lock);
3352         if (!page)
3353                 goto failed;
3354         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3355                                   get_pcppage_migratetype(page));
3356
3357         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3358         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3359         local_irq_restore(flags);
3360
3361 out:
3362         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3363         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3364                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3365                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3366         }
3367
3368         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3369         return page;
3370
3371 failed:
3372         local_irq_restore(flags);
3373         return NULL;
3374 }
3375
3376 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3377
3378 static struct {
3379         struct fault_attr attr;
3380
3381         bool ignore_gfp_highmem;
3382         bool ignore_gfp_reclaim;
3383         u32 min_order;
3384 } fail_page_alloc = {
3385         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3386         .ignore_gfp_reclaim = true,
3387         .ignore_gfp_highmem = true,
3388         .min_order = 1,
3389 };
3390
3391 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3392 {
3393         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3394 }
3395 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3396
3397 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3398 {
3399         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3400                 return false;
3401         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3402                 return false;
3403         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3404                 return false;
3405         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3406                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3407                 return false;
3408
3409         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3410 }
3411
3412 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3413
3414 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3415 {
3416         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3417         struct dentry *dir;
3418
3419         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3420                                         &fail_page_alloc.attr);
3421
3422         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3423                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3424         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3425                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3426         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3427
3428         return 0;
3429 }
3430
3431 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3432
3433 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3434
3435 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3436
3437 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3438 {
3439         return false;
3440 }
3441
3442 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3443
3444 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3445 {
3446         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3447 }
3448 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3449
3450 /*
3451  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3452  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3453  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3454  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3455  */
3456 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3457                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3458                          long free_pages)
3459 {
3460         long min = mark;
3461         int o;
3462         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3463
3464         /* free_pages may go negative - that's OK */
3465         free_pages -= (1 << order) - 1;
3466
3467         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3468                 min -= min / 2;
3469
3470         /*
3471          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3472          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3473          * atomic reserve but it avoids a search.
3474          */
3475         if (likely(!alloc_harder)) {
3476                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3477         } else {
3478                 /*
3479                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3480                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3481                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3482                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3483                  */
3484                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3485                         min -= min / 2;
3486                 else
3487                         min -= min / 4;
3488         }
3489
3490
3491 #ifdef CONFIG_CMA
3492         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3493         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3494                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3495 #endif
3496
3497         /*
3498          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3499          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3500          * even if a suitable page happened to be free.
3501          */
3502         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3503                 return false;
3504
3505         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3506         if (!order)
3507                 return true;
3508
3509         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3510         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3511                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3512                 int mt;
3513
3514                 if (!area->nr_free)
3515                         continue;
3516
3517                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3518                         if (!free_area_empty(area, mt))
3519                                 return true;
3520                 }
3521
3522 #ifdef CONFIG_CMA
3523                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3524                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3525                         return true;
3526                 }
3527 #endif
3528                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3529                         return true;
3530         }
3531         return false;
3532 }
3533
3534 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3535                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3536 {
3537         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3538                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3539 }
3540
3541 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3542                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3543 {
3544         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3545         long cma_pages = 0;
3546
3547 #ifdef CONFIG_CMA
3548         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3549         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3550                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3551 #endif
3552
3553         /*
3554          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3555          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3556          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3557          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3558          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3559          */
3560         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3561                 return true;
3562
3563         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3564                                         free_pages);
3565 }
3566
3567 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3568                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3569 {
3570         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3571
3572         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3573                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3574
3575         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3576                                                                 free_pages);
3577 }
3578
3579 #ifdef CONFIG_NUMA
3580 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3581 {
3582         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3583                                 node_reclaim_distance;
3584 }
3585 #else   /* CONFIG_NUMA */
3586 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3587 {
3588         return true;
3589 }
3590 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3591
3592 /*
3593  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3594  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3595  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3596  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3597  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3598  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3599  */
3600 static inline unsigned int
3601 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3602 {
3603         unsigned int alloc_flags;
3604
3605         /*
3606          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3607          * to save a branch.
3608          */
3609         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3610
3611 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3612         if (!zone)
3613                 return alloc_flags;
3614
3615         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3616                 return alloc_flags;
3617
3618         /*
3619          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3620          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3621          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3622          */
3623         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3624         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3625                 return alloc_flags;
3626
3627         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3628 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3629         return alloc_flags;
3630 }
3631
3632 /*
3633  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3634  * a page.
3635  */
3636 static struct page *
3637 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3638                                                 const struct alloc_context *ac)
3639 {
3640         struct zoneref *z;
3641         struct zone *zone;
3642         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3643         bool no_fallback;
3644
3645 retry:
3646         /*
3647          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3648          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3649          */
3650         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3651         z = ac->preferred_zoneref;
3652         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3653                                                                 ac->nodemask) {
3654                 struct page *page;
3655                 unsigned long mark;
3656
3657                 if (cpusets_enabled() &&
3658                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3659                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3660                                 continue;
3661                 /*
3662                  * When allocating a page cache page for writing, we
3663                  * want to get it from a node that is within its dirty
3664                  * limit, such that no single node holds more than its
3665                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3666                  * The dirty limits take into account the node's
3667                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3668                  * should be able to balance it without having to
3669                  * write pages from its LRU list.
3670                  *
3671                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3672                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3673                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3674                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3675                  * nodes are together not big enough to reach the
3676                  * global limit.  The proper fix for these situations
3677                  * will require awareness of nodes in the
3678                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3679                  */
3680                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3681                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3682                                 continue;
3683
3684                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3685                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3686                                 continue;
3687                         }
3688                 }
3689
3690                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3691                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3692                         int local_nid;
3693
3694                         /*
3695                          * If moving to a remote node, retry but allow
3696                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3697                          * than fragmentation avoidance.
3698                          */
3699                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3700                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3701                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3702                                 goto retry;
3703                         }
3704                 }
3705
3706                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3707                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3708                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3709                         int ret;
3710
3711 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3712                         /*
3713                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3714                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3715                          */
3716                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3717                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3718                                         goto try_this_zone;
3719                         }
3720 #endif
3721                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3722                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3723                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3724                                 goto try_this_zone;
3725
3726                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3727                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3728                                 continue;
3729
3730                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3731                         switch (ret) {
3732                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3733                                 /* did not scan */
3734                                 continue;
3735                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3736                                 /* scanned but unreclaimable */
3737                                 continue;
3738                         default:
3739                                 /* did we reclaim enough */
3740                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3741                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3742                                         goto try_this_zone;
3743
3744                                 continue;
3745                         }
3746                 }
3747
3748 try_this_zone:
3749                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3750                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3751                 if (page) {
3752                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3753
3754                         /*
3755                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3756                          * if the pageblock should be reserved for the future
3757                          */
3758                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3759                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3760
3761                         return page;
3762                 } else {
3763 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3764                         /* Try again if zone has deferred pages */
3765                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3766                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3767                                         goto try_this_zone;
3768                         }
3769 #endif
3770                 }
3771         }
3772
3773         /*
3774          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3775          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3776          */
3777         if (no_fallback) {
3778                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3779                 goto retry;
3780         }
3781
3782         return NULL;
3783 }
3784
3785 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3786 {
3787         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3788
3789         /*
3790          * This documents exceptions given to allocations in certain
3791          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3792          * of allowed nodes.
3793          */
3794         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3795                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3796                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3797                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3798         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3799                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3800
3801         show_mem(filter, nodemask);
3802 }
3803
3804 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3805 {
3806         struct va_format vaf;
3807         va_list args;
3808         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3809
3810         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3811                 return;
3812
3813         va_start(args, fmt);
3814         vaf.fmt = fmt;
3815         vaf.va = &args;
3816         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3817                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3818                         nodemask_pr_args(nodemask));
3819         va_end(args);
3820
3821         cpuset_print_current_mems_allowed();
3822         pr_cont("\n");
3823         dump_stack();
3824         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3825 }
3826
3827 static inline struct page *
3828 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3829                               unsigned int alloc_flags,
3830                               const struct alloc_context *ac)
3831 {
3832         struct page *page;
3833
3834         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3835                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3836         /*
3837          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3838          * are depleted
3839          */
3840         if (!page)
3841                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3842                                 alloc_flags, ac);
3843
3844         return page;
3845 }
3846
3847 static inline struct page *
3848 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3849         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3850 {
3851         struct oom_control oc = {
3852                 .zonelist = ac->zonelist,
3853                 .nodemask = ac->nodemask,
3854                 .memcg = NULL,
3855                 .gfp_mask = gfp_mask,
3856                 .order = order,
3857         };
3858         struct page *page;
3859
3860         *did_some_progress = 0;
3861
3862         /*
3863          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3864          * making progress for us.
3865          */
3866         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3867                 *did_some_progress = 1;
3868                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3869                 return NULL;
3870         }
3871
3872         /*
3873          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3874          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3875          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3876          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3877          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3878          */
3879         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3880                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3881                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3882         if (page)
3883                 goto out;
3884
3885         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3886         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3887                 goto out;
3888         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3889         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3890                 goto out;
3891         /*
3892          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3893          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3894          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3895          * fallback than shooting a random task.
3896          */
3897         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3898                 goto out;
3899         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3900         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3901                 goto out;
3902         if (pm_suspended_storage())
3903                 goto out;
3904         /*
3905          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3906          * other request to make a forward progress.
3907          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3908          * do much for this context but let's try it to at least get
3909          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3910          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3911          * failures more gracefully we should just bail out here.
3912          */
3913
3914         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3915         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3916                 goto out;
3917
3918         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3919         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3920                 *did_some_progress = 1;
3921
3922                 /*
3923                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3924                  * reserves
3925                  */
3926                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3927                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3928                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3929         }
3930 out:
3931         mutex_unlock(&oom_lock);
3932         return page;
3933 }
3934
3935 /*
3936  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3937  * killer is consider as the only way to move forward.
3938  */
3939 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3940
3941 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3942 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3943 static struct page *
3944 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3945                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3946                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3947 {
3948         struct page *page = NULL;
3949         unsigned long pflags;
3950         unsigned int noreclaim_flag;
3951
3952         if (!order)
3953                 return NULL;
3954
3955         psi_memstall_enter(&pflags);
3956         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3957
3958         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3959                                                                 prio, &page);
3960
3961         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3962         psi_memstall_leave(&pflags);
3963
3964         /*
3965          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3966          * count a compaction stall
3967          */
3968         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3969
3970         /* Prep a captured page if available */
3971         if (page)
3972                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3973
3974         /* Try get a page from the freelist if available */
3975         if (!page)
3976                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3977
3978         if (page) {
3979                 struct zone *zone = page_zone(page);
3980
3981                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3982                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3983                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3984                 return page;
3985         }
3986
3987         /*
3988          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3989          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3990          */
3991         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3992
3993         cond_resched();
3994
3995         return NULL;
3996 }
3997
3998 static inline bool
3999 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4000                      enum compact_result compact_result,
4001                      enum compact_priority *compact_priority,
4002                      int *compaction_retries)
4003 {
4004         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4005         int min_priority;
4006         bool ret = false;
4007         int retries = *compaction_retries;
4008         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4009
4010         if (!order)
4011                 return false;
4012
4013         if (compaction_made_progress(compact_result))
4014                 (*compaction_retries)++;
4015
4016         /*
4017          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4018          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4019          * failure could be caused by insufficient priority
4020          */
4021         if (compaction_failed(compact_result))
4022                 goto check_priority;
4023
4024         /*
4025          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4026          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4027          */
4028         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4029                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4030                 goto out;
4031         }
4032
4033         /*
4034          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4035          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4036          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4037          * we don't just keep bailing out endlessly.
4038          */
4039         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4040                 goto check_priority;
4041         }
4042
4043         /*
4044          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4045          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4046          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4047          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4048          * would need much more detailed feedback from compaction to
4049          * make a better decision.
4050          */
4051         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4052                 max_retries /= 4;
4053         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4054                 ret = true;
4055                 goto out;
4056         }
4057
4058         /*
4059          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4060          * all retries or failed at the lower priorities.
4061          */
4062 check_priority:
4063         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4064                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4065
4066         if (*compact_priority > min_priority) {
4067                 (*compact_priority)--;
4068                 *compaction_retries = 0;
4069                 ret = true;
4070         }
4071 out:
4072         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4073         return ret;
4074 }
4075 #else
4076 static inline struct page *
4077 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4078                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4079                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4080 {
4081         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4082         return NULL;
4083 }
4084
4085 static inline bool
4086 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4087                      enum compact_result compact_result,
4088                      enum compact_priority *compact_priority,
4089                      int *compaction_retries)
4090 {
4091         struct zone *zone;
4092         struct zoneref *z;
4093
4094         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4095                 return false;
4096
4097         /*
4098          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4099          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4100          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4101          * watermarks are OK.
4102          */
4103         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4104                                         ac->nodemask) {
4105                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4106                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
4107                         return true;
4108         }
4109         return false;
4110 }
4111 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4112
4113 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4114 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4115         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4116
4117 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4118 {
4119         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4120
4121         /* no reclaim without waiting on it */
4122         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4123                 return false;
4124
4125         /* this guy won't enter reclaim */
4126         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4127                 return false;
4128
4129         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4130         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4131                 return false;
4132
4133         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4134                 return false;
4135
4136         return true;
4137 }
4138
4139 void __fs_reclaim_acquire(void)
4140 {
4141         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4142 }
4143
4144 void __fs_reclaim_release(void)
4145 {
4146         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4147 }
4148
4149 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4150 {
4151         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4152                 __fs_reclaim_acquire();
4153 }
4154 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4155
4156 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4157 {
4158         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4159                 __fs_reclaim_release();
4160 }
4161 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4162 #endif
4163
4164 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4165 static int
4166 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4167                                         const struct alloc_context *ac)
4168 {
4169         int progress;
4170         unsigned int noreclaim_flag;
4171         unsigned long pflags;
4172
4173         cond_resched();
4174
4175         /* We now go into synchronous reclaim */
4176         cpuset_memory_pressure_bump();
4177         psi_memstall_enter(&pflags);
4178         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4179         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4180
4181         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4182                                                                 ac->nodemask);
4183
4184         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4185         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4186         psi_memstall_leave(&pflags);
4187
4188         cond_resched();
4189
4190         return progress;
4191 }
4192
4193 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4194 static inline struct page *
4195 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4196                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4197                 unsigned long *did_some_progress)
4198 {
4199         struct page *page = NULL;
4200         bool drained = false;
4201
4202         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4203         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4204                 return NULL;
4205
4206 retry:
4207         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4208
4209         /*
4210          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4211          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4212          * Shrink them them and try again
4213          */
4214         if (!page && !drained) {
4215                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4216                 drain_all_pages(NULL);
4217                 drained = true;
4218                 goto retry;
4219         }
4220
4221         return page;
4222 }
4223
4224 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4225                              const struct alloc_context *ac)
4226 {
4227         struct zoneref *z;
4228         struct zone *zone;
4229         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4230         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4231
4232         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4233                                         ac->nodemask) {
4234                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4235                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4236                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4237         }
4238 }
4239
4240 static inline unsigned int
4241 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4242 {
4243         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4244
4245         /*
4246          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4247          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4248          * to save two branches.
4249          */
4250         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4251         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4252
4253         /*
4254          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4255          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4256          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4257          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4258          */
4259         alloc_flags |= (__force int)
4260                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4261
4262         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4263                 /*
4264                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4265                  * if it can't schedule.
4266                  */
4267                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4268                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4269                 /*
4270                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4271                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4272                  */
4273                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4274         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4275                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4276
4277 #ifdef CONFIG_CMA
4278         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4279                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4280 #endif
4281         return alloc_flags;
4282 }
4283
4284 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4285 {
4286         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4287                 return false;
4288
4289         /*
4290          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4291          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4292          */
4293         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4294                 return false;
4295
4296         return true;
4297 }
4298
4299 /*
4300  * Distinguish requests which really need access to full memory
4301  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4302  */
4303 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4304 {
4305         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4306                 return 0;
4307         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4308                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4309         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4310                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4311         if (!in_interrupt()) {
4312                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4313                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4314                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4315                         return ALLOC_OOM;
4316         }
4317
4318         return 0;
4319 }
4320
4321 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4322 {
4323         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4324 }
4325
4326 /*
4327  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4328  * for the given allocation request.
4329  *
4330  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4331  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4332  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4333  *
4334  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4335  */
4336 static inline bool
4337 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4338                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4339                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4340 {
4341         struct zone *zone;
4342         struct zoneref *z;
4343         bool ret = false;
4344
4345         /*
4346          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4347          * their order will become available due to high fragmentation so
4348          * always increment the no progress counter for them
4349          */
4350         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4351                 *no_progress_loops = 0;
4352         else
4353                 (*no_progress_loops)++;
4354
4355         /*
4356          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4357          * several times in the row.
4358          */
4359         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4360                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4361                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4362         }
4363
4364         /*
4365          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4366          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4367          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4368          * screwed and have to go OOM.
4369          */
4370         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4371                                         ac->nodemask) {
4372                 unsigned long available;
4373                 unsigned long reclaimable;
4374                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4375                 bool wmark;
4376
4377                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4378                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4379
4380                 /*
4381                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4382                  * reclaimable pages?
4383                  */
4384                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4385                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4386                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4387                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4388                 if (wmark) {
4389                         /*
4390                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4391                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4392                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4393                          * prevent from pre mature OOM
4394                          */
4395                         if (!did_some_progress) {
4396                                 unsigned long write_pending;
4397
4398                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4399                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4400
4401                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4402                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4403                                         return true;
4404                                 }
4405                         }
4406
4407                         ret = true;
4408                         goto out;
4409                 }
4410         }
4411
4412 out:
4413         /*
4414          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4415          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4416          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4417          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4418          * here rather than calling cond_resched().
4419          */
4420         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4421                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4422         else
4423                 cond_resched();
4424         return ret;
4425 }
4426
4427 static inline bool
4428 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4429 {
4430         /*
4431          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4432          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4433          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4434          * such a way the check therein was true, and then it became false
4435          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4436          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4437          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4438          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4439          * caller can deal with a violated nodemask.
4440          */
4441         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4442                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4443                 ac->nodemask = NULL;
4444                 return true;
4445         }
4446
4447         /*
4448          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4449          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4450          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4451          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4452          * retry.
4453          */
4454         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4455                 return true;
4456
4457         return false;
4458 }
4459
4460 static inline struct page *
4461 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4462                                                 struct alloc_context *ac)
4463 {
4464         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4465         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4466         struct page *page = NULL;
4467         unsigned int alloc_flags;
4468         unsigned long did_some_progress;
4469         enum compact_priority compact_priority;
4470         enum compact_result compact_result;
4471         int compaction_retries;
4472         int no_progress_loops;
4473         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4474         int reserve_flags;
4475
4476         /*
4477          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4478          * callers that are not in atomic context.
4479          */
4480         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4481                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4482                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4483
4484 retry_cpuset:
4485         compaction_retries = 0;
4486         no_progress_loops = 0;
4487         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4488         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4489
4490         /*
4491          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4492          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4493          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4494          */
4495         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4496
4497         /*
4498          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4499          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4500          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4501          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4502          */
4503         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4504                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4505         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4506                 goto nopage;
4507
4508         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4509                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4510
4511         /*
4512          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4513          * that first
4514          */
4515         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4516         if (page)
4517                 goto got_pg;
4518
4519         /*
4520          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4521          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4522          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4523          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4524          * same migratetype.
4525          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4526          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4527          */
4528         if (can_direct_reclaim &&
4529                         (costly_order ||
4530                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4531                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4532                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4533                                                 alloc_flags, ac,
4534                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4535                                                 &compact_result);
4536                 if (page)
4537                         goto got_pg;
4538
4539                 /*
4540                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4541                  * includes some THP page fault allocations
4542                  */
4543                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4544                         /*
4545                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4546                          * failed because all zones are below low watermarks
4547                          * or is prohibited because it recently failed at this
4548                          * order, fail immediately unless the allocator has
4549                          * requested compaction and reclaim retry.
4550                          *
4551                          * Reclaim is
4552                          *  - potentially very expensive because zones are far
4553                          *    below their low watermarks or this is part of very
4554                          *    bursty high order allocations,
4555                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4556                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4557                          *    linear scan, and
4558                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4559                          *    own.
4560                          */
4561                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4562                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4563                                 goto nopage;
4564
4565                         /*
4566                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4567                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4568                          * using async compaction.
4569                          */
4570                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4571                 }
4572         }
4573
4574 retry:
4575         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4576         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4577                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4578
4579         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4580         if (reserve_flags)
4581                 alloc_flags = reserve_flags;
4582
4583         /*
4584          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4585          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4586          * user oriented.
4587          */
4588         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4589                 ac->nodemask = NULL;
4590                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4591                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4592         }
4593
4594         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4595         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4596         if (page)
4597                 goto got_pg;
4598
4599         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4600         if (!can_direct_reclaim)
4601                 goto nopage;
4602
4603         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4604         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4605                 goto nopage;
4606
4607         /* Try direct reclaim and then allocating */
4608         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4609                                                         &did_some_progress);
4610         if (page)
4611                 goto got_pg;
4612
4613         /* Try direct compaction and then allocating */
4614         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4615                                         compact_priority, &compact_result);
4616         if (page)
4617                 goto got_pg;
4618
4619         /* Do not loop if specifically requested */
4620         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4621                 goto nopage;
4622
4623         /*
4624          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4625          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4626          */
4627         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4628                 goto nopage;
4629
4630         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4631                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4632                 goto retry;
4633
4634         /*
4635          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4636          * reclaim is not able to make any progress because the current
4637          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4638          * of free memory (see __compaction_suitable)
4639          */
4640         if (did_some_progress > 0 &&
4641                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4642                                 compact_result, &compact_priority,
4643                                 &compaction_retries))
4644                 goto retry;
4645
4646
4647         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4648         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4649                 goto retry_cpuset;
4650
4651         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4652         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4653         if (page)
4654                 goto got_pg;
4655
4656         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4657         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4658             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4659              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4660                 goto nopage;
4661
4662         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4663         if (did_some_progress) {
4664                 no_progress_loops = 0;
4665                 goto retry;
4666         }
4667
4668 nopage:
4669         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4670         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4671                 goto retry_cpuset;
4672
4673         /*
4674          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4675          * we always retry
4676          */
4677         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4678                 /*
4679                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4680                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4681                  */
4682                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4683                         goto fail;
4684
4685                 /*
4686                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4687                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4688                  * for somebody to do a work for us
4689                  */
4690                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4691
4692                 /*
4693                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4694                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4695                  * so that we can identify them and convert them to something
4696                  * else.
4697                  */
4698                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4699
4700                 /*
4701                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4702                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4703                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4704                  * the situation worse
4705                  */
4706                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4707                 if (page)
4708                         goto got_pg;
4709
4710                 cond_resched();
4711                 goto retry;
4712         }
4713 fail:
4714         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4715                         "page allocation failure: order:%u", order);
4716 got_pg:
4717         return page;
4718 }
4719
4720 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4721                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4722                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4723                 unsigned int *alloc_flags)
4724 {
4725         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4726         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4727         ac->nodemask = nodemask;
4728         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4729
4730         if (cpusets_enabled()) {
4731                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4732                 if (!ac->nodemask)
4733                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4734                 else
4735                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4736         }
4737
4738         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4739         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4740
4741         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4742
4743         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4744                 return false;
4745
4746         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4747                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4748
4749         return true;
4750 }
4751
4752 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4753 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4754 {
4755         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4756         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4757
4758         /*
4759          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4760          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4761          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4762          */
4763         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4764                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4765 }
4766
4767 /*
4768  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4769  */
4770 struct page *
4771 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4772                                                         nodemask_t *nodemask)
4773 {
4774         struct page *page;
4775         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4776         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4777         struct alloc_context ac = { };
4778
4779         /*
4780          * There are several places where we assume that the order value is sane
4781          * so bail out early if the request is out of bound.
4782          */
4783         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4784                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4785                 return NULL;
4786         }
4787
4788         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4789         alloc_mask = gfp_mask;
4790         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4791                 return NULL;
4792
4793         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4794
4795         /*
4796          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4797          * memory until all local zones are considered.
4798          */
4799         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4800
4801         /* First allocation attempt */
4802         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4803         if (likely(page))
4804                 goto out;
4805
4806         /*
4807          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4808          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4809          * from a particular context which has been marked by
4810          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4811          */
4812         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4813         ac.spread_dirty_pages = false;
4814
4815         /*
4816          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4817          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4818          */
4819         ac.nodemask = nodemask;
4820
4821         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4822
4823 out:
4824         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4825             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4826                 __free_pages(page, order);
4827                 page = NULL;
4828         }
4829
4830         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4831
4832         return page;
4833 }
4834 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4835
4836 /*
4837  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4838  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4839  * you need to access high mem.
4840  */
4841 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4842 {
4843         struct page *page;
4844
4845         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4846         if (!page)
4847                 return 0;
4848         return (unsigned long) page_address(page);
4849 }
4850 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4851
4852 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4853 {
4854         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4855 }
4856 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4857
4858 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4859 {
4860         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4861                 free_unref_page(page);
4862         else
4863                 __free_pages_ok(page, order);
4864 }
4865
4866 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4867 {
4868         if (put_page_testzero(page))
4869                 free_the_page(page, order);
4870 }
4871 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4872
4873 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4874 {
4875         if (addr != 0) {
4876                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4877                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4878         }
4879 }
4880
4881 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4882
4883 /*
4884  * Page Fragment:
4885  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4886  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4887  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4888  *
4889  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4890  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4891  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4892  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4893  */
4894 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4895                                              gfp_t gfp_mask)
4896 {
4897         struct page *page = NULL;
4898         gfp_t gfp = gfp_mask;
4899
4900 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4901         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4902                     __GFP_NOMEMALLOC;
4903         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4904                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4905         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4906 #endif
4907         if (unlikely(!page))
4908                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4909
4910         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4911
4912         return page;
4913 }
4914
4915 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4916 {
4917         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4918
4919         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4920                 free_the_page(page, compound_order(page));
4921 }
4922 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4923
4924 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4925                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4926 {
4927         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4928         struct page *page;
4929         int offset;
4930
4931         if (unlikely(!nc->va)) {
4932 refill:
4933                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4934                 if (!page)
4935                         return NULL;
4936
4937 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4938                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4939                 size = nc->size;
4940 #endif
4941                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4942                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4943                  */
4944                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4945
4946                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4947                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4948                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4949                 nc->offset = size;
4950         }
4951
4952         offset = nc->offset - fragsz;
4953         if (unlikely(offset < 0)) {
4954                 page = virt_to_page(nc->va);
4955
4956                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4957                         goto refill;
4958
4959 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4960                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4961                 size = nc->size;
4962 #endif
4963                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4964                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4965
4966                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4967                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4968                 offset = size - fragsz;
4969         }
4970
4971         nc->pagecnt_bias--;
4972         nc->offset = offset;
4973
4974         return nc->va + offset;
4975 }
4976 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4977
4978 /*
4979  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4980  */
4981 void page_frag_free(void *addr)
4982 {
4983         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4984
4985         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4986                 free_the_page(page, compound_order(page));
4987 }
4988 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4989
4990 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4991                 size_t size)
4992 {
4993         if (addr) {
4994                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4995                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4996
4997                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4998                 while (used < alloc_end) {
4999                         free_page(used);
5000                         used += PAGE_SIZE;
5001                 }
5002         }
5003         return (void *)addr;
5004 }
5005
5006 /**
5007  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5008  * @size: the number of bytes to allocate
5009  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5010  *
5011  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5012  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5013  * allocate memory in power-of-two pages.
5014  *
5015  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5016  *
5017  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5018  *
5019  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5020  */
5021 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5022 {
5023         unsigned int order = get_order(size);
5024         unsigned long addr;
5025
5026         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5027                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5028
5029         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5030         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5031 }
5032 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5033
5034 /**
5035  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5036  *                         pages on a node.
5037  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5038  * @size: the number of bytes to allocate
5039  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5040  *
5041  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5042  * back.
5043  *
5044  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5045  */
5046 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5047 {
5048         unsigned int order = get_order(size);
5049         struct page *p;
5050
5051         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
5052                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
5053
5054         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5055         if (!p)
5056                 return NULL;
5057         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5058 }
5059
5060 /**
5061  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5062  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5063  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5064  *
5065  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5066  */
5067 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5068 {
5069         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5070         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5071
5072         while (addr < end) {
5073                 free_page(addr);
5074                 addr += PAGE_SIZE;
5075         }
5076 }
5077 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5078
5079 /**
5080  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5081  * @offset: The zone index of the highest zone
5082  *
5083  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5084  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5085  * zone, the number of pages is calculated as:
5086  *
5087  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5088  *
5089  * Return: number of pages beyond high watermark.
5090  */
5091 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5092 {
5093         struct zoneref *z;
5094         struct zone *zone;
5095
5096         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5097         unsigned long sum = 0;
5098
5099         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5100
5101         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5102                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5103                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5104                 if (size > high)
5105                         sum += size - high;
5106         }
5107
5108         return sum;
5109 }
5110
5111 /**
5112  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5113  *
5114  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5115  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5116  *
5117  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5118  * ZONE_NORMAL.
5119  */
5120 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5121 {
5122         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5123 }
5124 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5125
5126 /**
5127  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
5128  *
5129  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5130  * high watermark within all zones.
5131  *
5132  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5133  */
5134 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5135 {
5136         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5137 }
5138
5139 static inline void show_node(struct zone *zone)
5140 {
5141         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5142                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5143 }
5144
5145 long si_mem_available(void)
5146 {
5147         long available;
5148         unsigned long pagecache;
5149         unsigned long wmark_low = 0;
5150         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5151         unsigned long reclaimable;
5152         struct zone *zone;
5153         int lru;
5154
5155         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5156                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5157
5158         for_each_zone(zone)
5159                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5160
5161         /*
5162          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5163          * without causing swapping.
5164          */
5165         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5166
5167         /*
5168          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5169          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5170          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5171          */
5172         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5173         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5174         available += pagecache;
5175
5176         /*
5177          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5178          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5179          * low watermark.
5180          */
5181         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5182                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5183         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5184
5185         if (available < 0)
5186                 available = 0;
5187         return available;
5188 }
5189 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5190
5191 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5192 {
5193         val->totalram = totalram_pages();
5194         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5195         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5196         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5197         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5198         val->freehigh = nr_free_highpages();
5199         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5200 }
5201
5202 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5203
5204 #ifdef CONFIG_NUMA
5205 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5206 {
5207         int zone_type;          /* needs to be signed */
5208         unsigned long managed_pages = 0;
5209         unsigned long managed_highpages = 0;
5210         unsigned long free_highpages = 0;
5211         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5212
5213         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5214                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5215         val->totalram = managed_pages;
5216         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5217         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5218 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5219         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5220                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5221
5222                 if (is_highmem(zone)) {
5223                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5224                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5225                 }
5226         }
5227         val->totalhigh = managed_highpages;
5228         val->freehigh = free_highpages;
5229 #else
5230         val->totalhigh = managed_highpages;
5231         val->freehigh = free_highpages;
5232 #endif
5233         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5234 }
5235 #endif
5236
5237 /*
5238  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5239  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5240  */
5241 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5242 {
5243         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5244                 return false;
5245
5246         /*
5247          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5248          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5249          * have to be precise here.
5250          */
5251         if (!nodemask)
5252                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5253
5254         return !node_isset(nid, *nodemask);
5255 }
5256
5257 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5258
5259 static void show_migration_types(unsigned char type)
5260 {
5261         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5262                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5263                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5264                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5265                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5266 #ifdef CONFIG_CMA
5267                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5268 #endif
5269 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5270                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5271 #endif
5272         };
5273         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5274         char *p = tmp;
5275         int i;
5276
5277         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5278                 if (type & (1 << i))
5279                         *p++ = types[i];
5280         }
5281
5282         *p = '\0';
5283         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5284 }
5285
5286 /*
5287  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5288  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5289  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5290  *
5291  * Bits in @filter:
5292  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5293  *   cpuset.
5294  */
5295 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5296 {
5297         unsigned long free_pcp = 0;
5298         int cpu;
5299         struct zone *zone;
5300         pg_data_t *pgdat;
5301
5302         for_each_populated_zone(zone) {
5303                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5304                         continue;
5305
5306                 for_each_online_cpu(cpu)
5307                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5308         }
5309
5310         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5311                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5312                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5313                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5314                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5315                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5316                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5317                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5318                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5319                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5320                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5321                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5322                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5323                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5324                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5325                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5326                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5327                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5328                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5329                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5330                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5331                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5332                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5333                 free_pcp,
5334                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5335
5336         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5337                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5338                         continue;
5339
5340                 printk("Node %d"
5341                         " active_anon:%lukB"
5342                         " inactive_anon:%lukB"
5343                         " active_file:%lukB"
5344                         " inactive_file:%lukB"
5345                         " unevictable:%lukB"
5346                         " isolated(anon):%lukB"
5347                         " isolated(file):%lukB"
5348                         " mapped:%lukB"
5349                         " dirty:%lukB"
5350                         " writeback:%lukB"
5351                         " shmem:%lukB"
5352 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5353                         " shmem_thp: %lukB"
5354                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5355                         " anon_thp: %lukB"
5356 #endif
5357                         " writeback_tmp:%lukB"
5358                         " unstable:%lukB"
5359                         " all_unreclaimable? %s"
5360                         "\n",
5361                         pgdat->node_id,
5362                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5363                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5364                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5365                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5366                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5367                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5368                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5369                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5370                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5371                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5372                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5373 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5374                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5375                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5376                                         * HPAGE_PMD_NR),
5377                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5378 #endif
5379                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5380                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5381                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5382                                 "yes" : "no");
5383         }
5384
5385         for_each_populated_zone(zone) {
5386                 int i;
5387
5388                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5389                         continue;
5390
5391                 free_pcp = 0;
5392                 for_each_online_cpu(cpu)
5393                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5394
5395                 show_node(zone);
5396                 printk(KERN_CONT
5397                         "%s"
5398                         " free:%lukB"
5399                         " min:%lukB"
5400                         " low:%lukB"
5401                         " high:%lukB"
5402                         " reserved_highatomic:%luKB"
5403                         " active_anon:%lukB"
5404                         " inactive_anon:%lukB"
5405                         " active_file:%lukB"
5406                         " inactive_file:%lukB"
5407                         " unevictable:%lukB"
5408                         " writepending:%lukB"
5409                         " present:%lukB"
5410                         " managed:%lukB"
5411                         " mlocked:%lukB"
5412                         " kernel_stack:%lukB"
5413                         " pagetables:%lukB"
5414                         " bounce:%lukB"
5415                         " free_pcp:%lukB"
5416                         " local_pcp:%ukB"
5417                         " free_cma:%lukB"
5418                         "\n",
5419                         zone->name,
5420                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5421                         K(min_wmark_pages(zone)),
5422                         K(low_wmark_pages(zone)),
5423                         K(high_wmark_pages(zone)),
5424                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5425                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5426                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5427                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5428                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5429                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5430                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5431                         K(zone->present_pages),
5432                         K(zone_managed_pages(zone)),
5433                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5434                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5435                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5436                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5437                         K(free_pcp),
5438                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5439                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5440                 printk("lowmem_reserve[]:");
5441                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5442                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5443                 printk(KERN_CONT "\n");
5444         }
5445
5446         for_each_populated_zone(zone) {
5447                 unsigned int order;
5448                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5449                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5450
5451                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5452                         continue;
5453                 show_node(zone);
5454                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5455
5456                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5457                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5458                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5459                         int type;
5460
5461                         nr[order] = area->nr_free;
5462                         total += nr[order] << order;
5463
5464                         types[order] = 0;
5465                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5466                                 if (!free_area_empty(area, type))
5467                                         types[order] |= 1 << type;
5468                         }
5469                 }
5470                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5471                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5472                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5473                                nr[order], K(1UL) << order);
5474                         if (nr[order])
5475                                 show_migration_types(types[order]);
5476                 }
5477                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5478         }
5479
5480         hugetlb_show_meminfo();
5481
5482         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5483
5484         show_swap_cache_info();
5485 }
5486
5487 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5488 {
5489         zoneref->zone = zone;
5490         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5491 }
5492
5493 /*
5494  * Builds allocation fallback zone lists.
5495  *
5496  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5497  */
5498 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5499 {
5500         struct zone *zone;
5501         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5502         int nr_zones = 0;
5503
5504         do {
5505                 zone_type--;
5506                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5507                 if (managed_zone(zone)) {
5508                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5509                         check_highest_zone(zone_type);
5510                 }
5511         } while (zone_type);
5512
5513         return nr_zones;
5514 }
5515
5516 #ifdef CONFIG_NUMA
5517
5518 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5519 {
5520         /*
5521          * We used to support different zonlists modes but they turned
5522          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5523          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5524          * not fail it silently
5525          */
5526         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5527                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5528                 return -EINVAL;
5529         }
5530         return 0;
5531 }
5532
5533 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5534 {
5535         if (!s)
5536                 return 0;
5537
5538         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5539 }
5540 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5541
5542 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5543
5544 /*
5545  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5546  */
5547 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5548                 void __user *buffer, size_t *length,
5549                 loff_t *ppos)
5550 {
5551         char *str;
5552         int ret;
5553
5554         if (!write)
5555                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5556         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5557         if (IS_ERR(str))
5558                 return PTR_ERR(str);
5559
5560         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5561         kfree(str);
5562         return ret;
5563 }
5564
5565
5566 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5567 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5568
5569 /**
5570  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5571  * @node: node whose fallback list we're appending
5572  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5573  *
5574  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5575  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5576  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5577  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5578  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5579  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5580  * on them otherwise.
5581  *
5582  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5583  */
5584 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5585 {
5586         int n, val;
5587         int min_val = INT_MAX;
5588         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5589         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5590
5591         /* Use the local node if we haven't already */
5592         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5593                 node_set(node, *used_node_mask);
5594                 return node;
5595         }
5596
5597         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5598
5599                 /* Don't want a node to appear more than once */
5600                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5601                         continue;
5602
5603                 /* Use the distance array to find the distance */
5604                 val = node_distance(node, n);
5605
5606                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5607                 val += (n < node);
5608
5609                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5610                 tmp = cpumask_of_node(n);
5611                 if (!cpumask_empty(tmp))
5612                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5613
5614                 /* Slight preference for less loaded node */
5615                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5616                 val += node_load[n];
5617
5618                 if (val < min_val) {
5619                         min_val = val;
5620                         best_node = n;
5621                 }
5622         }
5623
5624         if (best_node >= 0)
5625                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5626
5627         return best_node;
5628 }
5629
5630
5631 /*
5632  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5633  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5634  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5635  */
5636 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5637                 unsigned nr_nodes)
5638 {
5639         struct zoneref *zonerefs;
5640         int i;
5641
5642         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5643
5644         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5645                 int nr_zones;
5646
5647                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5648
5649                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5650                 zonerefs += nr_zones;
5651         }
5652         zonerefs->zone = NULL;
5653         zonerefs->zone_idx = 0;
5654 }
5655
5656 /*
5657  * Build gfp_thisnode zonelists
5658  */
5659 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5660 {
5661         struct zoneref *zonerefs;
5662         int nr_zones;
5663
5664         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5665         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5666         zonerefs += nr_zones;
5667         zonerefs->zone = NULL;
5668         zonerefs->zone_idx = 0;
5669 }
5670
5671 /*
5672  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5673  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5674  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5675  * may still exist in local DMA zone.
5676  */
5677
5678 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5679 {
5680         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5681         int node, load, nr_nodes = 0;
5682         nodemask_t used_mask;
5683         int local_node, prev_node;
5684
5685         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5686         local_node = pgdat->node_id;
5687         load = nr_online_nodes;
5688         prev_node = local_node;
5689         nodes_clear(used_mask);
5690
5691         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5692         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5693                 /*
5694                  * We don't want to pressure a particular node.
5695                  * So adding penalty to the first node in same
5696                  * distance group to make it round-robin.
5697                  */
5698                 if (node_distance(local_node, node) !=
5699                     node_distance(local_node, prev_node))
5700                         node_load[node] = load;
5701
5702                 node_order[nr_nodes++] = node;
5703                 prev_node = node;
5704                 load--;
5705         }
5706
5707         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5708         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5709 }
5710
5711 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5712 /*
5713  * Return node id of node used for "local" allocations.
5714  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5715  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5716  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5717  */
5718 int local_memory_node(int node)
5719 {
5720         struct zoneref *z;
5721
5722         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5723                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5724                                    NULL);
5725         return zone_to_nid(z->zone);
5726 }
5727 #endif
5728
5729 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5730 static void setup_min_slab_ratio(void);
5731 #else   /* CONFIG_NUMA */
5732
5733 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5734 {
5735         int node, local_node;
5736         struct zoneref *zonerefs;
5737         int nr_zones;
5738
5739         local_node = pgdat->node_id;
5740
5741         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5742         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5743         zonerefs += nr_zones;
5744
5745         /*
5746          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5747          * of all the other nodes.
5748          * We don't want to pressure a particular node, so when
5749          * building the zones for node N, we make sure that the
5750          * zones coming right after the local ones are those from
5751          * node N+1 (modulo N)
5752          */
5753         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5754                 if (!node_online(node))
5755                         continue;
5756                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5757                 zonerefs += nr_zones;
5758         }
5759         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5760                 if (!node_online(node))
5761                         continue;
5762                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5763                 zonerefs += nr_zones;
5764         }
5765
5766         zonerefs->zone = NULL;
5767         zonerefs->zone_idx = 0;
5768 }
5769
5770 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5771
5772 /*
5773  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5774  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5775  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5776  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5777  * with interrupts disabled.
5778  *
5779  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5780  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5781  * hotplugged processors.
5782  *
5783  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5784  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5785  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5786  */
5787 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5788 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5789 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5790
5791 static void __build_all_zonelists(void *data)
5792 {
5793         int nid;
5794         int __maybe_unused cpu;
5795         pg_data_t *self = data;
5796         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5797
5798         spin_lock(&lock);
5799
5800 #ifdef CONFIG_NUMA
5801         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5802 #endif
5803
5804         /*
5805          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5806          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5807          */
5808         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5809                 build_zonelists(self);
5810         } else {
5811                 for_each_online_node(nid) {
5812                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5813
5814                         build_zonelists(pgdat);
5815                 }
5816
5817 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5818                 /*
5819                  * We now know the "local memory node" for each node--
5820                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5821                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5822                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5823                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5824                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5825                  */
5826                 for_each_online_cpu(cpu)
5827                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5828 #endif
5829         }
5830
5831         spin_unlock(&lock);
5832 }
5833
5834 static noinline void __init
5835 build_all_zonelists_init(void)
5836 {
5837         int cpu;
5838
5839         __build_all_zonelists(NULL);
5840
5841         /*
5842          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5843          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5844          * each zone will be allocated later when the per cpu
5845          * allocator is available.
5846          *
5847          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5848          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5849          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5850          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5851          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5852          * (a chicken-egg dilemma).
5853          */
5854         for_each_possible_cpu(cpu)
5855                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5856
5857         mminit_verify_zonelist();
5858         cpuset_init_current_mems_allowed();
5859 }
5860
5861 /*
5862  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5863  *
5864  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5865  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5866  */
5867 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5868 {
5869         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5870                 build_all_zonelists_init();
5871         } else {
5872                 __build_all_zonelists(pgdat);
5873                 /* cpuset refresh routine should be here */
5874         }
5875         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5876         /*
5877          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5878          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5879          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5880          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5881          * disabled and enable it later
5882          */
5883         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5884                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5885         else
5886                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5887
5888         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5889                 nr_online_nodes,
5890                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5891                 vm_total_pages);
5892 #ifdef CONFIG_NUMA
5893         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5894 #endif
5895 }
5896
5897 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5898 static bool __meminit
5899 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5900 {
5901 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5902         static struct memblock_region *r;
5903
5904         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5905                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5906                         for_each_memblock(memory, r) {
5907                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5908                                         break;
5909                         }
5910                 }
5911                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5912                     memblock_is_mirror(r)) {
5913                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5914                         return true;
5915                 }
5916         }
5917 #endif
5918         return false;
5919 }
5920
5921 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5922 /* Skip PFNs that belong to non-present sections */
5923 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5924 {
5925         const unsigned long section_nr = pfn_to_section_nr(++pfn);
5926
5927         if (present_section_nr(section_nr))
5928                 return pfn;
5929         return section_nr_to_pfn(next_present_section_nr(section_nr));
5930 }
5931 #else
5932 static inline __meminit unsigned long next_pfn(unsigned long pfn)
5933 {
5934         return pfn++;
5935 }
5936 #endif
5937
5938 /*
5939  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5940  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5941  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5942  */
5943 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5944                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5945                 struct vmem_altmap *altmap)
5946 {
5947         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5948         struct page *page;
5949
5950         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5951                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5952
5953 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5954         /*
5955          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5956          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5957          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5958          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5959          * the hotplug lock.
5960          */
5961         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5962                 if (!altmap)
5963                         return;
5964
5965                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5966                         start_pfn += altmap->reserve;
5967                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5968         }
5969 #endif
5970
5971         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
5972                 /*
5973                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5974                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5975                  */
5976                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5977                         if (!early_pfn_valid(pfn)) {
5978                                 pfn = next_pfn(pfn);
5979                                 continue;
5980                         }
5981                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid)) {
5982                                 pfn++;
5983                                 continue;
5984                         }
5985                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5986                                 continue;
5987                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5988                                 break;
5989                 }
5990
5991                 page = pfn_to_page(pfn);
5992                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5993                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5994                         __SetPageReserved(page);
5995
5996                 /*
5997                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5998                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5999                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6000                  * the address space during boot when many long-lived
6001                  * kernel allocations are made.
6002                  *
6003                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6004                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6005                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6006                  * pfn out of zone.
6007                  */
6008                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6009                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6010                         cond_resched();
6011                 }
6012                 pfn++;
6013         }
6014 }
6015
6016 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6017 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6018                                    unsigned long start_pfn,
6019                                    unsigned long nr_pages,
6020                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6021 {
6022         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6023         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6024         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6025         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6026         unsigned long start = jiffies;
6027         int nid = pgdat->node_id;
6028
6029         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6030                 return;
6031
6032         /*
6033          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
6034          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6035          * the end of that region and start processing the device pages.
6036          */
6037         if (altmap) {
6038                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6039                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6040         }
6041
6042         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
6043                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6044
6045                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6046
6047                 /*
6048                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6049                  * phase for it to be fully associated with a zone.
6050                  *
6051                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6052                  * the flag as we are still initializing the pages.
6053                  */
6054                 __SetPageReserved(page);
6055
6056                 /*
6057                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6058                  * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6059                  * ever freed or placed on a driver-private list.
6060                  */
6061                 page->pgmap = pgmap;
6062                 page->zone_device_data = NULL;
6063
6064                 /*
6065                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6066                  * movable at startup. This will force kernel allocations
6067                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6068                  * the address space during boot when many long-lived
6069                  * kernel allocations are made.
6070                  *
6071                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
6072                  * can be created for invalid pages (for alignment)
6073                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
6074                  * pfn out of zone.
6075                  *
6076                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6077                  * because this is done early in section_activate()
6078                  */
6079                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
6080                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6081                         cond_resched();
6082                 }
6083         }
6084
6085         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6086                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6087 }
6088
6089 #endif
6090 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6091 {
6092         unsigned int order, t;
6093         for_each_migratetype_order(order, t) {
6094                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6095                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6096         }
6097 }
6098
6099 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
6100                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
6101 {
6102         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
6103 }
6104
6105 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6106 {
6107 #ifdef CONFIG_MMU
6108         int batch;
6109
6110         /*
6111          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
6112          * size of the zone.
6113          */
6114         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6115         /* But no more than a meg. */
6116         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
6117                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
6118         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6119         if (batch < 1)
6120                 batch = 1;
6121
6122         /*
6123          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6124          * of 2 value was found to be more likely to have
6125          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6126          *
6127          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6128          * batches of pages, one task can end up with a lot
6129          * of pages of one half of the possible page colors
6130          * and the other with pages of the other colors.
6131          */
6132         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6133
6134         return batch;
6135
6136 #else
6137         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6138          * conditions.
6139          *
6140          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6141          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6142          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6143          *
6144          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6145          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6146          * can be a significant delay between the individual batches being
6147          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6148          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6149          */
6150         return 0;
6151 #endif
6152 }
6153
6154 /*
6155  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6156  * ->batch must never be higher then ->high.
6157  * The following function updates them in a safe manner without read side
6158  * locking.
6159  *
6160  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6161  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6162  *
6163  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6164  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6165  * exist).
6166  */
6167 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6168                 unsigned long batch)
6169 {
6170        /* start with a fail safe value for batch */
6171         pcp->batch = 1;
6172         smp_wmb();
6173
6174        /* Update high, then batch, in order */
6175         pcp->high = high;
6176         smp_wmb();
6177
6178         pcp->batch = batch;
6179 }
6180
6181 /* a companion to pageset_set_high() */
6182 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6183 {
6184         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6185 }
6186
6187 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6188 {
6189         struct per_cpu_pages *pcp;
6190         int migratetype;
6191
6192         memset(p, 0, sizeof(*p));
6193
6194         pcp = &p->pcp;
6195         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6196                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6197 }
6198
6199 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6200 {
6201         pageset_init(p);
6202         pageset_set_batch(p, batch);
6203 }
6204
6205 /*
6206  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6207  * to the value high for the pageset p.
6208  */
6209 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6210                                 unsigned long high)
6211 {
6212         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6213         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6214                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6215
6216         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6217 }
6218
6219 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6220                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6221 {
6222         if (percpu_pagelist_fraction)
6223                 pageset_set_high(pcp,
6224                         (zone_managed_pages(zone) /
6225                                 percpu_pagelist_fraction));
6226         else
6227                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6228 }
6229
6230 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6231 {
6232         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6233
6234         pageset_init(pcp);
6235         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6236 }
6237
6238 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6239 {
6240         int cpu;
6241         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6242         for_each_possible_cpu(cpu)
6243                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6244 }
6245
6246 /*
6247  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6248  * Before this call only boot pagesets were available.
6249  */
6250 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6251 {
6252         struct pglist_data *pgdat;
6253         struct zone *zone;
6254
6255         for_each_populated_zone(zone)
6256                 setup_zone_pageset(zone);
6257
6258         for_each_online_pgdat(pgdat)
6259                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6260                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6261 }
6262
6263 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6264 {
6265         /*
6266          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6267          * relies on the ability of the linker to provide the
6268          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6269          */
6270         zone->pageset = &boot_pageset;
6271
6272         if (populated_zone(zone))
6273                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6274                         zone->name, zone->present_pages,
6275                                          zone_batchsize(zone));
6276 }
6277
6278 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6279                                         unsigned long zone_start_pfn,
6280                                         unsigned long size)
6281 {
6282         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6283         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6284
6285         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6286                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6287
6288         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6289
6290         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6291                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6292                         pgdat->node_id,
6293                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6294                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6295
6296         zone_init_free_lists(zone);
6297         zone->initialized = 1;
6298 }
6299
6300 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6301 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6302
6303 /*
6304  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6305  */
6306 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6307                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6308 {
6309         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6310         int nid;
6311
6312         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6313                 return state->last_nid;
6314
6315         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6316         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6317                 state->last_start = start_pfn;
6318                 state->last_end = end_pfn;
6319                 state->last_nid = nid;
6320         }
6321
6322         return nid;
6323 }
6324 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6325
6326 /**
6327  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6328  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6329  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6330  *
6331  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6332  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6333  * memblock_free_early_nid() manually.
6334  */
6335 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6336 {
6337         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6338         int i, this_nid;
6339
6340         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6341                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6342                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6343
6344                 if (start_pfn < end_pfn)
6345                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6346                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6347                                         this_nid);
6348         }
6349 }
6350
6351 /**
6352  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6353  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6354  *
6355  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6356  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6357  */
6358 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6359 {
6360         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6361         int i, this_nid;
6362
6363         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6364                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6365 }
6366
6367 /**
6368  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6369  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6370  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6371  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6372  *
6373  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6374  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6375  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6376  * PFNs will be 0.
6377  */
6378 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6379                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6380 {
6381         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6382         int i;
6383
6384         *start_pfn = -1UL;
6385         *end_pfn = 0;
6386
6387         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6388                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6389                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6390         }
6391
6392         if (*start_pfn == -1UL)
6393                 *start_pfn = 0;
6394 }
6395
6396 /*
6397  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6398  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6399  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6400  */
6401 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6402 {
6403         int zone_index;
6404         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6405                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6406                         continue;
6407
6408                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6409                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6410                         break;
6411         }
6412
6413         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6414         movable_zone = zone_index;
6415 }
6416
6417 /*
6418  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6419  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6420  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6421  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6422  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6423  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6424  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6425  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6426  */
6427 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6428                                         unsigned long zone_type,
6429                                         unsigned long node_start_pfn,
6430                                         unsigned long node_end_pfn,
6431                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6432                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6433 {
6434         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6435         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6436                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6437                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6438                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6439                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6440                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6441
6442                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6443                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6444                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6445                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6446                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6447
6448                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6449                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6450                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6451         }
6452 }
6453
6454 /*
6455  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6456  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6457  */
6458 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6459                                         unsigned long zone_type,
6460                                         unsigned long node_start_pfn,
6461                                         unsigned long node_end_pfn,
6462                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6463                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6464                                         unsigned long *ignored)
6465 {
6466         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6467         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6468         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6469         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6470                 return 0;
6471
6472         /* Get the start and end of the zone */
6473         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6474         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6475         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6476                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6477                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6478
6479         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6480         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6481                 return 0;
6482
6483         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6484         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6485         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6486
6487         /* Return the spanned pages */
6488         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6489 }
6490
6491 /*
6492  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6493  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6494  */
6495 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6496                                 unsigned long range_start_pfn,
6497                                 unsigned long range_end_pfn)
6498 {
6499         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6500         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6501         int i;
6502
6503         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6504                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6505                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6506                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6507         }
6508         return nr_absent;
6509 }
6510
6511 /**
6512  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6513  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6514  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6515  *
6516  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6517  */
6518 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6519                                                         unsigned long end_pfn)
6520 {
6521         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6522 }
6523
6524 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6525 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6526                                         unsigned long zone_type,
6527                                         unsigned long node_start_pfn,
6528                                         unsigned long node_end_pfn,
6529                                         unsigned long *ignored)
6530 {
6531         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6532         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6533         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6534         unsigned long nr_absent;
6535
6536         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6537         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6538                 return 0;
6539
6540         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6541         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6542
6543         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6544                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6545                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6546         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6547
6548         /*
6549          * ZONE_MOVABLE handling.
6550          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6551          * and vice versa.
6552          */
6553         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6554                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6555                 struct memblock_region *r;
6556
6557                 for_each_memblock(memory, r) {
6558                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6559                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6560                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6561                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6562
6563                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6564                             memblock_is_mirror(r))
6565                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6566
6567                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6568                             !memblock_is_mirror(r))
6569                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6570                 }
6571         }
6572
6573         return nr_absent;
6574 }
6575
6576 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6577 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6578                                         unsigned long zone_type,
6579                                         unsigned long node_start_pfn,
6580                                         unsigned long node_end_pfn,
6581                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6582                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6583                                         unsigned long *zones_size)
6584 {
6585         unsigned int zone;
6586
6587         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6588         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6589                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6590
6591         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6592
6593         return zones_size[zone_type];
6594 }
6595
6596 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6597                                                 unsigned long zone_type,
6598                                                 unsigned long node_start_pfn,
6599                                                 unsigned long node_end_pfn,
6600                                                 unsigned long *zholes_size)
6601 {
6602         if (!zholes_size)
6603                 return 0;
6604
6605         return zholes_size[zone_type];
6606 }
6607
6608 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6609
6610 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6611                                                 unsigned long node_start_pfn,
6612                                                 unsigned long node_end_pfn,
6613                                                 unsigned long *zones_size,
6614                                                 unsigned long *zholes_size)
6615 {
6616         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6617         enum zone_type i;
6618
6619         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6620                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6621                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6622                 unsigned long size, real_size;
6623
6624                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6625                                                   node_start_pfn,
6626                                                   node_end_pfn,
6627                                                   &zone_start_pfn,
6628                                                   &zone_end_pfn,
6629                                                   zones_size);
6630                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6631                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6632                                                   zholes_size);
6633                 if (size)
6634                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6635                 else
6636                         zone->zone_start_pfn = 0;
6637                 zone->spanned_pages = size;
6638                 zone->present_pages = real_size;
6639
6640                 totalpages += size;
6641                 realtotalpages += real_size;
6642         }
6643
6644         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6645         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6646         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6647                                                         realtotalpages);
6648 }
6649
6650 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6651 /*
6652  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6653  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6654  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6655  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6656  * bytes.
6657  */
6658 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6659 {
6660         unsigned long usemapsize;
6661
6662         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6663         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6664         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6665         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6666         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6667
6668         return usemapsize / 8;
6669 }
6670
6671 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6672                                 struct zone *zone,
6673                                 unsigned long zone_start_pfn,
6674                                 unsigned long zonesize)
6675 {
6676         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6677         zone->pageblock_flags = NULL;
6678         if (usemapsize) {
6679                 zone->pageblock_flags =
6680                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6681                                             pgdat->node_id);
6682                 if (!zone->pageblock_flags)
6683                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6684                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6685         }
6686 }
6687 #else
6688 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6689                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6690 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6691
6692 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6693
6694 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6695 void __init set_pageblock_order(void)
6696 {
6697         unsigned int order;
6698
6699         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6700         if (pageblock_order)
6701                 return;
6702
6703         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6704                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6705         else
6706                 order = MAX_ORDER - 1;
6707
6708         /*
6709          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6710          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6711          * powerpc.
6712          */
6713         pageblock_order = order;
6714 }
6715 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6716
6717 /*
6718  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6719  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6720  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6721  * the kernel config
6722  */
6723 void __init set_pageblock_order(void)
6724 {
6725 }
6726
6727 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6728
6729 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6730                                                 unsigned long present_pages)
6731 {
6732         unsigned long pages = spanned_pages;
6733
6734         /*
6735          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6736          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6737          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6738          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6739          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6740          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6741          */
6742         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6743             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6744                 pages = present_pages;
6745
6746         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6747 }
6748
6749 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6750 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6751 {
6752         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
6753
6754         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
6755         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
6756         ds_queue->split_queue_len = 0;
6757 }
6758 #else
6759 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6760 #endif
6761
6762 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6763 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6764 {
6765         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6766 }
6767 #else
6768 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6769 #endif
6770
6771 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6772 {
6773         pgdat_resize_init(pgdat);
6774
6775         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6776         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6777
6778         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6779         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6780
6781         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6782         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6783         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
6784 }
6785
6786 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6787                                                         unsigned long remaining_pages)
6788 {
6789         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6790         zone_set_nid(zone, nid);
6791         zone->name = zone_names[idx];
6792         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6793         spin_lock_init(&zone->lock);
6794         zone_seqlock_init(zone);
6795         zone_pcp_init(zone);
6796 }
6797
6798 /*
6799  * Set up the zone data structures
6800  * - init pgdat internals
6801  * - init all zones belonging to this node
6802  *
6803  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6804  */
6805 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6806 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6807 {
6808         enum zone_type z;
6809         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6810
6811         pgdat_init_internals(pgdat);
6812         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6813                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6814 }
6815 #endif
6816
6817 /*
6818  * Set up the zone data structures:
6819  *   - mark all pages reserved
6820  *   - mark all memory queues empty
6821  *   - clear the memory bitmaps
6822  *
6823  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6824  * NOTE: this function is only called during early init.
6825  */
6826 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6827 {
6828         enum zone_type j;
6829         int nid = pgdat->node_id;
6830
6831         pgdat_init_internals(pgdat);
6832         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6833
6834         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6835                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6836                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6837                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6838
6839                 size = zone->spanned_pages;
6840                 freesize = zone->present_pages;
6841
6842                 /*
6843                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6844                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6845                  * and per-cpu initialisations
6846                  */
6847                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6848                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6849                         if (freesize >= memmap_pages) {
6850                                 freesize -= memmap_pages;
6851                                 if (memmap_pages)
6852                                         printk(KERN_DEBUG
6853                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6854                                                zone_names[j], memmap_pages);
6855                         } else
6856                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6857                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6858                 }
6859
6860                 /* Account for reserved pages */
6861                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6862                         freesize -= dma_reserve;
6863                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6864                                         zone_names[0], dma_reserve);
6865                 }
6866
6867                 if (!is_highmem_idx(j))
6868                         nr_kernel_pages += freesize;
6869                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6870                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6871                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6872                 nr_all_pages += freesize;
6873
6874                 /*
6875                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6876                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6877                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6878                  */
6879                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6880
6881                 if (!size)
6882                         continue;
6883
6884                 set_pageblock_order();
6885                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6886                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6887                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6888         }
6889 }
6890
6891 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6892 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6893 {
6894         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6895         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6896
6897         /* Skip empty nodes */
6898         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6899                 return;
6900
6901         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6902         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6903         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6904         if (!pgdat->node_mem_map) {
6905                 unsigned long size, end;
6906                 struct page *map;
6907
6908                 /*
6909                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6910                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6911                  * for the buddy allocator to function correctly.
6912                  */
6913                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6914                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6915                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6916                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6917                                           pgdat->node_id);
6918                 if (!map)
6919                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6920                               size, pgdat->node_id);
6921                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6922         }
6923         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6924                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6925                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6926 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6927         /*
6928          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6929          */
6930         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6931                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6932 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6933                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6934                         mem_map -= offset;
6935 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6936         }
6937 #endif
6938 }
6939 #else
6940 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6941 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6942
6943 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6944 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6945 {
6946         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6947 }
6948 #else
6949 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6950 #endif
6951
6952 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6953                                    unsigned long node_start_pfn,
6954                                    unsigned long *zholes_size)
6955 {
6956         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6957         unsigned long start_pfn = 0;
6958         unsigned long end_pfn = 0;
6959
6960         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6961         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6962
6963         pgdat->node_id = nid;
6964         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6965         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6966 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6967         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6968         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6969                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6970                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6971 #else
6972         start_pfn = node_start_pfn;
6973 #endif
6974         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6975                                   zones_size, zholes_size);
6976
6977         alloc_node_mem_map(pgdat);
6978         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6979
6980         free_area_init_core(pgdat);
6981 }
6982
6983 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6984 /*
6985  * Initialize all valid struct pages in the range [spfn, epfn) and mark them
6986  * PageReserved(). Return the number of struct pages that were initialized.
6987  */
6988 static u64 __init init_unavailable_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6989 {
6990         unsigned long pfn;
6991         u64 pgcnt = 0;
6992
6993         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6994                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6995                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6996                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6997                         continue;
6998                 }
6999                 /*
7000                  * Use a fake node/zone (0) for now. Some of these pages
7001                  * (in memblock.reserved but not in memblock.memory) will
7002                  * get re-initialized via reserve_bootmem_region() later.
7003                  */
7004                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, 0, 0);
7005                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7006                 pgcnt++;
7007         }
7008
7009         return pgcnt;
7010 }
7011
7012 /*
7013  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
7014  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
7015  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
7016  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
7017  * flags). We must explicitly initialize those struct pages.
7018  *
7019  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
7020  * uninitialized because the physical address range is not covered by
7021  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
7022  * layout is manually configured via memmap=, or when the highest physical
7023  * address (max_pfn) does not end on a section boundary.
7024  */
7025 static void __init init_unavailable_mem(void)
7026 {
7027         phys_addr_t start, end;
7028         u64 i, pgcnt;
7029         phys_addr_t next = 0;
7030
7031         /*
7032          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
7033          */
7034         pgcnt = 0;
7035         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
7036                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
7037                 if (next < start)
7038                         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7039                                                         PFN_UP(start));
7040                 next = end;
7041         }
7042
7043         /*
7044          * Early sections always have a fully populated memmap for the whole
7045          * section - see pfn_valid(). If the last section has holes at the
7046          * end and that section is marked "online", the memmap will be
7047          * considered initialized. Make sure that memmap has a well defined
7048          * state.
7049          */
7050         pgcnt += init_unavailable_range(PFN_DOWN(next),
7051                                         round_up(max_pfn, PAGES_PER_SECTION));
7052
7053         /*
7054          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
7055          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
7056          */
7057         if (pgcnt)
7058                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
7059 }
7060 #else
7061 static inline void __init init_unavailable_mem(void)
7062 {
7063 }
7064 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
7065
7066 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
7067
7068 #if MAX_NUMNODES > 1
7069 /*
7070  * Figure out the number of possible node ids.
7071  */
7072 void __init setup_nr_node_ids(void)
7073 {
7074         unsigned int highest;
7075
7076         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7077         nr_node_ids = highest + 1;
7078 }
7079 #endif
7080
7081 /**
7082  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7083  *
7084  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7085  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7086  * all the nodes.
7087  *
7088  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7089  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7090  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7091  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7092  *
7093  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7094  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7095  * populated node map.
7096  *
7097  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7098  * requirement (single node).
7099  */
7100 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7101 {
7102         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7103         unsigned long start, end, mask;
7104         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7105         int i, nid;
7106
7107         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7108                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7109                         last_nid = nid;
7110                         last_end = end;
7111                         continue;
7112                 }
7113
7114                 /*
7115                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7116                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7117                  * too coarse to separate the current node from the last.
7118                  */
7119                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7120                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7121                         mask <<= 1;
7122
7123                 /* accumulate all internode masks */
7124                 accl_mask |= mask;
7125         }
7126
7127         /* convert mask to number of pages */
7128         return ~accl_mask + 1;
7129 }
7130
7131 /* Find the lowest pfn for a node */
7132 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
7133 {
7134         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
7135         unsigned long start_pfn;
7136         int i;
7137
7138         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
7139                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
7140
7141         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
7142                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
7143                 return 0;
7144         }
7145
7146         return min_pfn;
7147 }
7148
7149 /**
7150  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7151  *
7152  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7153  * memblock_set_node().
7154  */
7155 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7156 {
7157         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
7158 }
7159
7160 /*
7161  * early_calculate_totalpages()
7162  * Sum pages in active regions for movable zone.
7163  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7164  */
7165 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7166 {
7167         unsigned long totalpages = 0;
7168         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7169         int i, nid;
7170
7171         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7172                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7173
7174                 totalpages += pages;
7175                 if (pages)
7176                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7177         }
7178         return totalpages;
7179 }
7180
7181 /*
7182  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7183  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7184  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7185  * others
7186  */
7187 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7188 {
7189         int i, nid;
7190         unsigned long usable_startpfn;
7191         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7192         /* save the state before borrow the nodemask */
7193         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7194         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7195         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7196         struct memblock_region *r;
7197
7198         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7199         find_usable_zone_for_movable();
7200
7201         /*
7202          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7203          * options.
7204          */
7205         if (movable_node_is_enabled()) {
7206                 for_each_memblock(memory, r) {
7207                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7208                                 continue;
7209
7210                         nid = r->nid;
7211
7212                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7213                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7214                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7215                                 usable_startpfn;
7216                 }
7217
7218                 goto out2;
7219         }
7220
7221         /*
7222          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7223          */
7224         if (mirrored_kernelcore) {
7225                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7226
7227                 for_each_memblock(memory, r) {
7228                         if (memblock_is_mirror(r))
7229                                 continue;
7230
7231                         nid = r->nid;
7232
7233                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7234
7235                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7236                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7237                                 continue;
7238                         }
7239
7240                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7241                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7242                                 usable_startpfn;
7243                 }
7244
7245                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7246                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7247
7248                 goto out2;
7249         }
7250
7251         /*
7252          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7253          * amount of necessary memory.
7254          */
7255         if (required_kernelcore_percent)
7256                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7257                                        10000UL;
7258         if (required_movablecore_percent)
7259                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7260                                         10000UL;
7261
7262         /*
7263          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7264          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7265          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7266          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7267          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7268          * what movablecore would have allowed.
7269          */
7270         if (required_movablecore) {
7271                 unsigned long corepages;
7272
7273                 /*
7274                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7275                  * was requested by the user
7276                  */
7277                 required_movablecore =
7278                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7279                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7280                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7281
7282                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7283         }
7284
7285         /*
7286          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7287          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7288          */
7289         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7290                 goto out;
7291
7292         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7293         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7294
7295 restart:
7296         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7297         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7298         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7299                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7300
7301                 /*
7302                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7303                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7304                  * amount of memory for the kernel
7305                  */
7306                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7307                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7308
7309                 /*
7310                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7311                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7312                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7313                  */
7314                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7315
7316                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7317                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7318                         unsigned long size_pages;
7319
7320                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7321                         if (start_pfn >= end_pfn)
7322                                 continue;
7323
7324                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7325                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7326                                 unsigned long kernel_pages;
7327                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7328                                                                 - start_pfn;
7329
7330                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7331                                                         kernelcore_remaining);
7332                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7333                                                         required_kernelcore);
7334
7335                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7336                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7337
7338                                         /*
7339                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7340                                          * that if we have to rebalance
7341                                          * kernelcore across nodes, we will
7342                                          * not double account here
7343                                          */
7344                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7345                                         continue;
7346                                 }
7347                                 start_pfn = usable_startpfn;
7348                         }
7349
7350                         /*
7351                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7352                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7353                          * number of pages used as kernelcore
7354                          */
7355                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7356                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7357                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7358                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7359
7360                         /*
7361                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7362                          * break if the kernelcore for this node has been
7363                          * satisfied
7364                          */
7365                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7366                                                                 size_pages);
7367                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7368                         if (!kernelcore_remaining)
7369                                 break;
7370                 }
7371         }
7372
7373         /*
7374          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7375          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7376          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7377          * satisfied
7378          */
7379         usable_nodes--;
7380         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7381                 goto restart;
7382
7383 out2:
7384         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7385         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7386                 zone_movable_pfn[nid] =
7387                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7388
7389 out:
7390         /* restore the node_state */
7391         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7392 }
7393
7394 /* Any regular or high memory on that node ? */
7395 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7396 {
7397         enum zone_type zone_type;
7398
7399         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7400                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7401                 if (populated_zone(zone)) {
7402                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7403                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7404                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7405                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7406                         break;
7407                 }
7408         }
7409 }
7410
7411 /**
7412  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7413  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7414  *
7415  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7416  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7417  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7418  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7419  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7420  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7421  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7422  * at arch_max_dma_pfn.
7423  */
7424 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7425 {
7426         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7427         int i, nid;
7428
7429         /* Record where the zone boundaries are */
7430         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7431                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7432         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7433                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7434
7435         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7436
7437         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7438                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7439                         continue;
7440
7441                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7442                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7443                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7444
7445                 start_pfn = end_pfn;
7446         }
7447
7448         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7449         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7450         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7451
7452         /* Print out the zone ranges */
7453         pr_info("Zone ranges:\n");
7454         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7455                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7456                         continue;
7457                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7458                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7459                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7460                         pr_cont("empty\n");
7461                 else
7462                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7463                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7464                                         << PAGE_SHIFT,
7465                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7466                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7467         }
7468
7469         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7470         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7471         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7472                 if (zone_movable_pfn[i])
7473                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7474                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7475         }
7476
7477         /*
7478          * Print out the early node map, and initialize the
7479          * subsection-map relative to active online memory ranges to
7480          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
7481          */
7482         pr_info("Early memory node ranges\n");
7483         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7484                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7485                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7486                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7487                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
7488         }
7489
7490         /* Initialise every node */
7491         mminit_verify_pageflags_layout();
7492         setup_nr_node_ids();
7493         init_unavailable_mem();
7494         for_each_online_node(nid) {
7495                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7496                 free_area_init_node(nid, NULL,
7497                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7498
7499                 /* Any memory on that node */
7500                 if (pgdat->node_present_pages)
7501                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7502                 check_for_memory(pgdat, nid);
7503         }
7504 }
7505
7506 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7507                                      unsigned long *percent)
7508 {
7509         unsigned long long coremem;
7510         char *endptr;
7511
7512         if (!p)
7513                 return -EINVAL;
7514
7515         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7516         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7517         if (*endptr == '%') {
7518                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7519                 WARN_ON(coremem > 100);
7520
7521                 *percent = coremem;
7522         } else {
7523                 coremem = memparse(p, &p);
7524                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7525                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7526
7527                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7528                 *percent = 0UL;
7529         }
7530         return 0;
7531 }
7532
7533 /*
7534  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7535  * cannot be reclaimed or migrated.
7536  */
7537 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7538 {
7539         /* parse kernelcore=mirror */
7540         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7541                 mirrored_kernelcore = true;
7542                 return 0;
7543         }
7544
7545         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7546                                   &required_kernelcore_percent);
7547 }
7548
7549 /*
7550  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7551  * can be reclaimed or migrated.
7552  */
7553 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7554 {
7555         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7556                                   &required_movablecore_percent);
7557 }
7558
7559 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7560 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7561
7562 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7563
7564 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7565 {
7566         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7567         totalram_pages_add(count);
7568 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7569         if (PageHighMem(page))
7570                 totalhigh_pages_add(count);
7571 #endif
7572 }
7573 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7574
7575 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7576 {
7577         void *pos;
7578         unsigned long pages = 0;
7579
7580         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7581         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7582         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7583                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7584                 void *direct_map_addr;
7585
7586                 /*
7587                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7588                  * because some architectures' virt_to_page()
7589                  * work with aliases.  Getting the direct map
7590                  * address ensures that we get a _writeable_
7591                  * alias for the memset().
7592                  */
7593                 direct_map_addr = page_address(page);
7594                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7595                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7596
7597                 free_reserved_page(page);
7598         }
7599
7600         if (pages && s)
7601                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7602                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7603
7604         return pages;
7605 }
7606
7607 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7608 void free_highmem_page(struct page *page)
7609 {
7610         __free_reserved_page(page);
7611         totalram_pages_inc();
7612         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7613         totalhigh_pages_inc();
7614 }
7615 #endif
7616
7617
7618 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7619 {
7620         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7621         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7622
7623         physpages = get_num_physpages();
7624         codesize = _etext - _stext;
7625         datasize = _edata - _sdata;
7626         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7627         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7628         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7629         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7630
7631         /*
7632          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7633          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7634          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7635          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7636          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7637          */
7638 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7639         do { \
7640                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7641                         size -= adj; \
7642         } while (0)
7643
7644         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7645                      _sinittext, init_code_size);
7646         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7647         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7648         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7649         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7650
7651 #undef  adj_init_size
7652
7653         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7654 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7655                 ", %luK highmem"
7656 #endif
7657                 "%s%s)\n",
7658                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7659                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7660                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7661                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7662                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7663                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7664 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7665                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7666 #endif
7667                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7668 }
7669
7670 /**
7671  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7672  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7673  *
7674  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7675  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7676  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7677  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7678  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7679  * smaller per-cpu batchsize.
7680  */
7681 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7682 {
7683         dma_reserve = new_dma_reserve;
7684 }
7685
7686 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7687 {
7688         init_unavailable_mem();
7689         free_area_init_node(0, zones_size,
7690                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7691 }
7692
7693 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7694 {
7695
7696         lru_add_drain_cpu(cpu);
7697         drain_pages(cpu);
7698
7699         /*
7700          * Spill the event counters of the dead processor
7701          * into the current processors event counters.
7702          * This artificially elevates the count of the current
7703          * processor.
7704          */
7705         vm_events_fold_cpu(cpu);
7706
7707         /*
7708          * Zero the differential counters of the dead processor
7709          * so that the vm statistics are consistent.
7710          *
7711          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7712          * race with what we are doing.
7713          */
7714         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7715         return 0;
7716 }
7717
7718 #ifdef CONFIG_NUMA
7719 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7720
7721 static int __init set_hashdist(char *str)
7722 {
7723         if (!str)
7724                 return 0;
7725         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7726         return 1;
7727 }
7728 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7729 #endif
7730
7731 void __init page_alloc_init(void)
7732 {
7733         int ret;
7734
7735 #ifdef CONFIG_NUMA
7736         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7737                 hashdist = 0;
7738 #endif
7739
7740         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7741                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7742                                         page_alloc_cpu_dead);
7743         WARN_ON(ret < 0);
7744 }
7745
7746 /*
7747  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7748  *      or min_free_kbytes changes.
7749  */
7750 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7751 {
7752         struct pglist_data *pgdat;
7753         unsigned long reserve_pages = 0;
7754         enum zone_type i, j;
7755
7756         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7757
7758                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7759
7760                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7761                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7762                         long max = 0;
7763                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7764
7765                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7766                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7767                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7768                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7769                         }
7770
7771                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7772                         max += high_wmark_pages(zone);
7773
7774                         if (max > managed_pages)
7775                                 max = managed_pages;
7776
7777                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7778
7779                         reserve_pages += max;
7780                 }
7781         }
7782         totalreserve_pages = reserve_pages;
7783 }
7784
7785 /*
7786  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7787  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7788  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7789  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7790  */
7791 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7792 {
7793         struct pglist_data *pgdat;
7794         enum zone_type j, idx;
7795
7796         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7797                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7798                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7799                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7800
7801                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7802
7803                         idx = j;
7804                         while (idx) {
7805                                 struct zone *lower_zone;
7806
7807                                 idx--;
7808                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7809
7810                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7811                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7812                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7813                                 } else {
7814                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7815                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7816                                 }
7817                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7818                         }
7819                 }
7820         }
7821
7822         /* update totalreserve_pages */
7823         calculate_totalreserve_pages();
7824 }
7825
7826 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7827 {
7828         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7829         unsigned long lowmem_pages = 0;
7830         struct zone *zone;
7831         unsigned long flags;
7832
7833         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7834         for_each_zone(zone) {
7835                 if (!is_highmem(zone))
7836                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7837         }
7838
7839         for_each_zone(zone) {
7840                 u64 tmp;
7841
7842                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7843                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7844                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7845                 if (is_highmem(zone)) {
7846                         /*
7847                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7848                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7849                          * value here.
7850                          *
7851                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7852                          * deltas control async page reclaim, and so should
7853                          * not be capped for highmem.
7854                          */
7855                         unsigned long min_pages;
7856
7857                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7858                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7859                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7860                 } else {
7861                         /*
7862                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7863                          * proportionate to the zone's size.
7864                          */
7865                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7866                 }
7867
7868                 /*
7869                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7870                  * scale factor in proportion to available memory, but
7871                  * ensure a minimum size on small systems.
7872                  */
7873                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7874                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7875                                       watermark_scale_factor, 10000));
7876
7877                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7878                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7879                 zone->watermark_boost = 0;
7880
7881                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7882         }
7883
7884         /* update totalreserve_pages */
7885         calculate_totalreserve_pages();
7886 }
7887
7888 /**
7889  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7890  * or when memory is hot-{added|removed}
7891  *
7892  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7893  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7894  */
7895 void setup_per_zone_wmarks(void)
7896 {
7897         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7898
7899         spin_lock(&lock);
7900         __setup_per_zone_wmarks();
7901         spin_unlock(&lock);
7902 }
7903
7904 /*
7905  * Initialise min_free_kbytes.
7906  *
7907  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7908  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7909  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7910  *
7911  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7912  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7913  *
7914  * which yields
7915  *
7916  * 16MB:        512k
7917  * 32MB:        724k
7918  * 64MB:        1024k
7919  * 128MB:       1448k
7920  * 256MB:       2048k
7921  * 512MB:       2896k
7922  * 1024MB:      4096k
7923  * 2048MB:      5792k
7924  * 4096MB:      8192k
7925  * 8192MB:      11584k
7926  * 16384MB:     16384k
7927  */
7928 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7929 {
7930         unsigned long lowmem_kbytes;
7931         int new_min_free_kbytes;
7932
7933         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7934         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7935
7936         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7937                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7938                 if (min_free_kbytes < 128)
7939                         min_free_kbytes = 128;
7940                 if (min_free_kbytes > 262144)
7941                         min_free_kbytes = 262144;
7942         } else {
7943                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7944                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7945         }
7946         setup_per_zone_wmarks();
7947         refresh_zone_stat_thresholds();
7948         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7949
7950 #ifdef CONFIG_NUMA
7951         setup_min_unmapped_ratio();
7952         setup_min_slab_ratio();
7953 #endif
7954
7955         return 0;
7956 }
7957 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7958
7959 /*
7960  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7961  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7962  *      changes.
7963  */
7964 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7965         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7966 {
7967         int rc;
7968
7969         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7970         if (rc)
7971                 return rc;
7972
7973         if (write) {
7974                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7975                 setup_per_zone_wmarks();
7976         }
7977         return 0;
7978 }
7979
7980 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7981         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7982 {
7983         int rc;
7984
7985         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7986         if (rc)
7987                 return rc;
7988
7989         return 0;
7990 }
7991
7992 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7993         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7994 {
7995         int rc;
7996
7997         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7998         if (rc)
7999                 return rc;
8000
8001         if (write)
8002                 setup_per_zone_wmarks();
8003
8004         return 0;
8005 }
8006
8007 #ifdef CONFIG_NUMA
8008 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8009 {
8010         pg_data_t *pgdat;
8011         struct zone *zone;
8012
8013         for_each_online_pgdat(pgdat)
8014                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8015
8016         for_each_zone(zone)
8017                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8018                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8019 }
8020
8021
8022 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8023         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8024 {
8025         int rc;
8026
8027         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8028         if (rc)
8029                 return rc;
8030
8031         setup_min_unmapped_ratio();
8032
8033         return 0;
8034 }
8035
8036 static void setup_min_slab_ratio(void)
8037 {
8038         pg_data_t *pgdat;
8039         struct zone *zone;
8040
8041         for_each_online_pgdat(pgdat)
8042                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8043
8044         for_each_zone(zone)
8045                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8046                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8047 }
8048
8049 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8050         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8051 {
8052         int rc;
8053
8054         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8055         if (rc)
8056                 return rc;
8057
8058         setup_min_slab_ratio();
8059
8060         return 0;
8061 }
8062 #endif
8063
8064 /*
8065  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8066  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8067  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8068  *
8069  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8070  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8071  * if in function of the boot time zone sizes.
8072  */
8073 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8074         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8075 {
8076         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8077         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8078         return 0;
8079 }
8080
8081 static void __zone_pcp_update(struct zone *zone)
8082 {
8083         unsigned int cpu;
8084
8085         for_each_possible_cpu(cpu)
8086                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8087                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8088 }
8089
8090 /*
8091  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8092  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8093  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8094  */
8095 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8096         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8097 {
8098         struct zone *zone;
8099         int old_percpu_pagelist_fraction;
8100         int ret;
8101
8102         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8103         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
8104
8105         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8106         if (!write || ret < 0)
8107                 goto out;
8108
8109         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8110         if (percpu_pagelist_fraction &&
8111             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
8112                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
8113                 ret = -EINVAL;
8114                 goto out;
8115         }
8116
8117         /* No change? */
8118         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
8119                 goto out;
8120
8121         for_each_populated_zone(zone)
8122                 __zone_pcp_update(zone);
8123 out:
8124         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8125         return ret;
8126 }
8127
8128 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8129 /*
8130  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8131  * is not known to alloc_large_system_hash().
8132  */
8133 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8134 {
8135         return 0;
8136 }
8137 #endif
8138
8139 /*
8140  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8141  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8142  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8143  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8144  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8145  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8146  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8147  */
8148 #if __BITS_PER_LONG > 32
8149 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8150 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8151 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8152 #endif
8153
8154 /*
8155  * allocate a large system hash table from bootmem
8156  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8157  *   quantity of entries
8158  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8159  */
8160 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8161                                      unsigned long bucketsize,
8162                                      unsigned long numentries,
8163                                      int scale,
8164                                      int flags,
8165                                      unsigned int *_hash_shift,
8166                                      unsigned int *_hash_mask,
8167                                      unsigned long low_limit,
8168                                      unsigned long high_limit)
8169 {
8170         unsigned long long max = high_limit;
8171         unsigned long log2qty, size;
8172         void *table = NULL;
8173         gfp_t gfp_flags;
8174         bool virt;
8175
8176         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8177         if (!numentries) {
8178                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8179                 numentries = nr_kernel_pages;
8180                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8181
8182                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8183                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8184                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8185
8186 #if __BITS_PER_LONG > 32
8187                 if (!high_limit) {
8188                         unsigned long adapt;
8189
8190                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8191                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8192                                 scale++;
8193                 }
8194 #endif
8195
8196                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8197                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8198                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8199                 else
8200                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8201
8202                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8203                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8204                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8205                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8206                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8207                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8208                                 BUG_ON(!numentries);
8209                         }
8210                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8211                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8212         }
8213         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8214
8215         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8216         if (max == 0) {
8217                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8218                 do_div(max, bucketsize);
8219         }
8220         max = min(max, 0x80000000ULL);
8221
8222         if (numentries < low_limit)
8223                 numentries = low_limit;
8224         if (numentries > max)
8225                 numentries = max;
8226
8227         log2qty = ilog2(numentries);
8228
8229         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8230         do {
8231                 virt = false;
8232                 size = bucketsize << log2qty;
8233                 if (flags & HASH_EARLY) {
8234                         if (flags & HASH_ZERO)
8235                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8236                         else
8237                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8238                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8239                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8240                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8241                         virt = true;
8242                 } else {
8243                         /*
8244                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8245                          * some pages at the end of hash table which
8246                          * alloc_pages_exact() automatically does
8247                          */
8248                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8249                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8250                 }
8251         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8252
8253         if (!table)
8254                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8255
8256         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8257                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8258                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8259
8260         if (_hash_shift)
8261                 *_hash_shift = log2qty;
8262         if (_hash_mask)
8263                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8264
8265         return table;
8266 }
8267
8268 /*
8269  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8270  *
8271  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8272  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8273  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8274  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8275  *
8276  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8277  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that that it
8278  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8279  *
8280  */
8281 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8282                                  int migratetype, int flags)
8283 {
8284         unsigned long iter = 0;
8285         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8286
8287         /*
8288          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8289          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8290          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8291          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8292          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8293          */
8294
8295         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8296                 /*
8297                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8298                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8299                  * so consider them movable here.
8300                  */
8301                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8302                         return NULL;
8303
8304                 return page;
8305         }
8306
8307         for (; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8308                 if (!pfn_valid_within(pfn + iter))
8309                         continue;
8310
8311                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8312
8313                 if (PageReserved(page))
8314                         return page;
8315
8316                 /*
8317                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8318                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8319                  * is movable.
8320                  */
8321                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8322                         continue;
8323
8324                 /*
8325                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8326                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8327                  * We need not scan over tail pages because we don't
8328                  * handle each tail page individually in migration.
8329                  */
8330                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8331                         struct page *head = compound_head(page);
8332                         unsigned int skip_pages;
8333
8334                         if (PageHuge(page)) {
8335                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8336                                         return page;
8337                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8338                                 return page;
8339                         }
8340
8341                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8342                         iter += skip_pages - 1;
8343                         continue;
8344                 }
8345
8346                 /*
8347                  * We can't use page_count without pin a page
8348                  * because another CPU can free compound page.
8349                  * This check already skips compound tails of THP
8350                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8351                  */
8352                 if (!page_ref_count(page)) {
8353                         if (PageBuddy(page))
8354                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8355                         continue;
8356                 }
8357
8358                 /*
8359                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8360                  * page_count() is not 0.
8361                  */
8362                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8363                         continue;
8364
8365                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8366                         continue;
8367
8368                 /*
8369                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8370                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8371                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8372                  */
8373                 /*
8374                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8375                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8376                  *
8377                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8378                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8379                  * page at boot.
8380                  */
8381                 return page;
8382         }
8383         return NULL;
8384 }
8385
8386 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8387 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8388 {
8389         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8390                              pageblock_nr_pages) - 1);
8391 }
8392
8393 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8394 {
8395         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8396                                 pageblock_nr_pages));
8397 }
8398
8399 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8400 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8401                                         unsigned long start, unsigned long end)
8402 {
8403         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8404         unsigned long nr_reclaimed;
8405         unsigned long pfn = start;
8406         unsigned int tries = 0;
8407         int ret = 0;
8408
8409         migrate_prep();
8410
8411         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8412                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8413                         ret = -EINTR;
8414                         break;
8415                 }
8416
8417                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8418                         cc->nr_migratepages = 0;
8419                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8420                         if (!pfn) {
8421                                 ret = -EINTR;
8422                                 break;
8423                         }
8424                         tries = 0;
8425                 } else if (++tries == 5) {
8426                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8427                         break;
8428                 }
8429
8430                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8431                                                         &cc->migratepages);
8432                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8433
8434                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8435                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8436         }
8437         if (ret < 0) {
8438                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8439                 return ret;
8440         }
8441         return 0;
8442 }
8443
8444 /**
8445  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8446  * @start:      start PFN to allocate
8447  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8448  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8449  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8450  *                      in range must have the same migratetype and it must
8451  *                      be either of the two.
8452  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8453  *
8454  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8455  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8456  *
8457  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8458  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8459  * be modified by others.
8460  *
8461  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8462  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8463  * need to be freed with free_contig_range().
8464  */
8465 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8466                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8467 {
8468         unsigned long outer_start, outer_end;
8469         unsigned int order;
8470         int ret = 0;
8471
8472         struct compact_control cc = {
8473                 .nr_migratepages = 0,
8474                 .order = -1,
8475                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8476                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8477                 .ignore_skip_hint = true,
8478                 .no_set_skip_hint = true,
8479                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8480                 .alloc_contig = true,
8481         };
8482         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8483
8484         /*
8485          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8486          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8487          * have different sizes, and due to the way page allocator
8488          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8489          * that page allocator won't try to merge buddies from
8490          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8491          * other migration type.
8492          *
8493          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8494          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8495          * we are interested in).  This will put all the pages in
8496          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8497          *
8498          * When this is done, we take the pages in range from page
8499          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8500          * page allocator will never consider using them.
8501          *
8502          * This lets us mark the pageblocks back as
8503          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8504          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8505          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8506          */
8507
8508         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8509                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8510         if (ret < 0)
8511                 return ret;
8512
8513         /*
8514          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8515          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8516          * which will report the busy page.
8517          *
8518          * It is possible that busy pages could become available before
8519          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8520          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8521          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8522          */
8523         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8524         if (ret && ret != -EBUSY)
8525                 goto done;
8526         ret =0;
8527
8528         /*
8529          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8530          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8531          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8532          * What we are going to do is to allocate all pages from
8533          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8534          *
8535          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8536          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8537          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8538          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8539          * once this is done free the pages we are not interested in.
8540          *
8541          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8542          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8543          */
8544
8545         lru_add_drain_all();
8546
8547         order = 0;
8548         outer_start = start;
8549         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8550                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8551                         outer_start = start;
8552                         break;
8553                 }
8554                 outer_start &= ~0UL << order;
8555         }
8556
8557         if (outer_start != start) {
8558                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8559
8560                 /*
8561                  * outer_start page could be small order buddy page and
8562                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8563                  * in this case to report failed page properly
8564                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8565                  */
8566                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8567                         outer_start = start;
8568         }
8569
8570         /* Make sure the range is really isolated. */
8571         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
8572                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8573                         __func__, outer_start, end);
8574                 ret = -EBUSY;
8575                 goto done;
8576         }
8577
8578         /* Grab isolated pages from freelists. */
8579         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8580         if (!outer_end) {
8581                 ret = -EBUSY;
8582                 goto done;
8583         }
8584
8585         /* Free head and tail (if any) */
8586         if (start != outer_start)
8587                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8588         if (end != outer_end)
8589                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8590
8591 done:
8592         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8593                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8594         return ret;
8595 }
8596
8597 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
8598                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
8599 {
8600         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8601
8602         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
8603                                   gfp_mask);
8604 }
8605
8606 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
8607                                    unsigned long nr_pages)
8608 {
8609         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
8610         struct page *page;
8611
8612         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
8613                 page = pfn_to_online_page(i);
8614                 if (!page)
8615                         return false;
8616
8617                 if (page_zone(page) != z)
8618                         return false;
8619
8620                 if (PageReserved(page))
8621                         return false;
8622
8623                 if (page_count(page) > 0)
8624                         return false;
8625
8626                 if (PageHuge(page))
8627                         return false;
8628         }
8629         return true;
8630 }
8631
8632 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
8633                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
8634 {
8635         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
8636
8637         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
8638 }
8639
8640 /**
8641  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
8642  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
8643  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
8644  * @nid:        Target node
8645  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
8646  *
8647  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
8648  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
8649  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
8650  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
8651  *
8652  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
8653  * power of two then the alignment is guaranteed to be to the given nr_pages
8654  * (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
8655  *
8656  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
8657  * __free_page() on each allocated page.
8658  *
8659  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
8660  */
8661 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
8662                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
8663 {
8664         unsigned long ret, pfn, flags;
8665         struct zonelist *zonelist;
8666         struct zone *zone;
8667         struct zoneref *z;
8668
8669         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
8670         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
8671                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
8672                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8673
8674                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
8675                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
8676                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
8677                                 /*
8678                                  * We release the zone lock here because
8679                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
8680                                  * at some point. If there's an allocation
8681                                  * spinning on this lock, it may win the race
8682                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
8683                                  */
8684                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8685                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
8686                                                         gfp_mask);
8687                                 if (!ret)
8688                                         return pfn_to_page(pfn);
8689                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8690                         }
8691                         pfn += nr_pages;
8692                 }
8693                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8694         }
8695         return NULL;
8696 }
8697 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8698
8699 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8700 {
8701         unsigned int count = 0;
8702
8703         for (; nr_pages--; pfn++) {
8704                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8705
8706                 count += page_count(page) != 1;
8707                 __free_page(page);
8708         }
8709         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8710 }
8711
8712 /*
8713  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8714  * page high values need to be recalulated.
8715  */
8716 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8717 {
8718         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8719         __zone_pcp_update(zone);
8720         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8721 }
8722
8723 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8724 {
8725         unsigned long flags;
8726         int cpu;
8727         struct per_cpu_pageset *pset;
8728
8729         /* avoid races with drain_pages()  */
8730         local_irq_save(flags);
8731         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8732                 for_each_online_cpu(cpu) {
8733                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8734                         drain_zonestat(zone, pset);
8735                 }
8736                 free_percpu(zone->pageset);
8737                 zone->pageset = &boot_pageset;
8738         }
8739         local_irq_restore(flags);
8740 }
8741
8742 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8743 /*
8744  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8745  * before calling this.
8746  */
8747 unsigned long
8748 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8749 {
8750         struct page *page;
8751         struct zone *zone;
8752         unsigned int order;
8753         unsigned long pfn;
8754         unsigned long flags;
8755         unsigned long offlined_pages = 0;
8756
8757         /* find the first valid pfn */
8758         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8759                 if (pfn_valid(pfn))
8760                         break;
8761         if (pfn == end_pfn)
8762                 return offlined_pages;
8763
8764         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8765         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8766         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8767         pfn = start_pfn;
8768         while (pfn < end_pfn) {
8769                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8770                         pfn++;
8771                         continue;
8772                 }
8773                 page = pfn_to_page(pfn);
8774                 /*
8775                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8776                  * page_count() is not 0.
8777                  */
8778                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8779                         pfn++;
8780                         offlined_pages++;
8781                         continue;
8782                 }
8783
8784                 BUG_ON(page_count(page));
8785                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8786                 order = page_order(page);
8787                 offlined_pages += 1 << order;
8788                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
8789                 pfn += (1 << order);
8790         }
8791         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8792
8793         return offlined_pages;
8794 }
8795 #endif
8796
8797 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8798 {
8799         struct zone *zone = page_zone(page);
8800         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8801         unsigned long flags;
8802         unsigned int order;
8803
8804         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8805         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8806                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8807
8808                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8809                         break;
8810         }
8811         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8812
8813         return order < MAX_ORDER;
8814 }
8815
8816 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8817 /*
8818  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8819  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8820  * allocation.
8821  */
8822 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8823 {
8824         struct zone *zone = page_zone(page);
8825         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8826         unsigned long flags;
8827         unsigned int order;
8828         bool hwpoisoned = false;
8829
8830         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8831         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8832                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8833
8834                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8835                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8836                                 hwpoisoned = true;
8837                         break;
8838                 }
8839         }
8840         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8841
8842         return hwpoisoned;
8843 }
8844 #endif