]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm/page_alloc: free pages in a single pass during bulk free
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/module.h>
31 #include <linux/suspend.h>
32 #include <linux/pagevec.h>
33 #include <linux/blkdev.h>
34 #include <linux/slab.h>
35 #include <linux/ratelimit.h>
36 #include <linux/oom.h>
37 #include <linux/topology.h>
38 #include <linux/sysctl.h>
39 #include <linux/cpu.h>
40 #include <linux/cpuset.h>
41 #include <linux/memory_hotplug.h>
42 #include <linux/nodemask.h>
43 #include <linux/vmalloc.h>
44 #include <linux/vmstat.h>
45 #include <linux/mempolicy.h>
46 #include <linux/memremap.h>
47 #include <linux/stop_machine.h>
48 #include <linux/random.h>
49 #include <linux/sort.h>
50 #include <linux/pfn.h>
51 #include <linux/backing-dev.h>
52 #include <linux/fault-inject.h>
53 #include <linux/page-isolation.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/mmu_notifier.h>
62 #include <linux/migrate.h>
63 #include <linux/hugetlb.h>
64 #include <linux/sched/rt.h>
65 #include <linux/sched/mm.h>
66 #include <linux/page_owner.h>
67 #include <linux/page_table_check.h>
68 #include <linux/kthread.h>
69 #include <linux/memcontrol.h>
70 #include <linux/ftrace.h>
71 #include <linux/lockdep.h>
72 #include <linux/nmi.h>
73 #include <linux/psi.h>
74 #include <linux/padata.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/buffer_head.h>
77 #include <linux/delayacct.h>
78 #include <asm/sections.h>
79 #include <asm/tlbflush.h>
80 #include <asm/div64.h>
81 #include "internal.h"
82 #include "shuffle.h"
83 #include "page_reporting.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /*
114  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
115  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
116  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
117  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
118  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
119  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
120  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
121  */
122 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
123
124 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
125 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
126 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
127
128 struct pagesets {
129         local_lock_t lock;
130 };
131 static DEFINE_PER_CPU(struct pagesets, pagesets) __maybe_unused = {
132         .lock = INIT_LOCAL_LOCK(lock),
133 };
134
135 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
136 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
137 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
138 #endif
139
140 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
141
142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
143 /*
144  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
145  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
146  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
147  * defined in <linux/topology.h>.
148  */
149 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
150 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
151 #endif
152
153 /* work_structs for global per-cpu drains */
154 struct pcpu_drain {
155         struct zone *zone;
156         struct work_struct work;
157 };
158 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
159 static DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
160
161 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
162 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
163 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
164 #endif
165
166 /*
167  * Array of node states.
168  */
169 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
170         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
171         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
172 #ifndef CONFIG_NUMA
173         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
174 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
175         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
176 #endif
177         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
178         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
179 #endif  /* NUMA */
180 };
181 EXPORT_SYMBOL(node_states);
182
183 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
184 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
185 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
186 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
187
188 int percpu_pagelist_high_fraction;
189 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
190 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
191 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
194 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
195
196 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
197                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
198 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
199 {
200
201         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
202 }
203 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
204
205 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
206                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
207 static int __init early_init_on_free(char *buf)
208 {
209         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
210 }
211 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
212
213 /*
214  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
215  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
216  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
217  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
218  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
219  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
220  */
221 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
222 {
223         return page->index;
224 }
225
226 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
227 {
228         page->index = migratetype;
229 }
230
231 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
232 /*
233  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
234  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
235  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
236  * they should always be called with system_transition_mutex held
237  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
238  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
239  * with that modification).
240  */
241
242 static gfp_t saved_gfp_mask;
243
244 void pm_restore_gfp_mask(void)
245 {
246         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
247         if (saved_gfp_mask) {
248                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
249                 saved_gfp_mask = 0;
250         }
251 }
252
253 void pm_restrict_gfp_mask(void)
254 {
255         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
256         WARN_ON(saved_gfp_mask);
257         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
258         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
259 }
260
261 bool pm_suspended_storage(void)
262 {
263         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
264                 return false;
265         return true;
266 }
267 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
268
269 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
270 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
271 #endif
272
273 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
274                             fpi_t fpi_flags);
275
276 /*
277  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
278  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
279  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
280  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
281  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
282  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
283  *
284  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
285  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
286  */
287 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
288 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
289         [ZONE_DMA] = 256,
290 #endif
291 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
292         [ZONE_DMA32] = 256,
293 #endif
294         [ZONE_NORMAL] = 32,
295 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
296         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
297 #endif
298         [ZONE_MOVABLE] = 0,
299 };
300
301 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
302 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
303          "DMA",
304 #endif
305 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
306          "DMA32",
307 #endif
308          "Normal",
309 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
310          "HighMem",
311 #endif
312          "Movable",
313 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
314          "Device",
315 #endif
316 };
317
318 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
319         "Unmovable",
320         "Movable",
321         "Reclaimable",
322         "HighAtomic",
323 #ifdef CONFIG_CMA
324         "CMA",
325 #endif
326 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
327         "Isolate",
328 #endif
329 };
330
331 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
332         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
333         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
334 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
335         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
336 #endif
337 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
338         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
339 #endif
340 };
341
342 int min_free_kbytes = 1024;
343 int user_min_free_kbytes = -1;
344 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
345 int watermark_scale_factor = 10;
346
347 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
348 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
349 static unsigned long dma_reserve __initdata;
350
351 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
352 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
353 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
354 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
355 static unsigned long required_movablecore __initdata;
356 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
357 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
358 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
359
360 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
361 int movable_zone;
362 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
363
364 #if MAX_NUMNODES > 1
365 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
366 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
367 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
368 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
369 #endif
370
371 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
372
373 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
374 /*
375  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
376  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
377  * and we can permanently disable that path.
378  */
379 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
380
381 /*
382  * Calling kasan_poison_pages() only after deferred memory initialization
383  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
384  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
385  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
386  *
387  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
388  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
389  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
390  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
391  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
392  * initialization is done, but this is not likely to happen.
393  */
394 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
395 {
396         return static_branch_unlikely(&deferred_pages) ||
397                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
398                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
399                PageSkipKASanPoison(page);
400 }
401
402 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
403 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
404 {
405         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
406
407         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
408                 return true;
409
410         return false;
411 }
412
413 /*
414  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
415  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
416  */
417 static bool __meminit
418 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
419 {
420         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
421
422         /*
423          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
424          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
425          */
426         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
427                 prev_end_pfn = end_pfn;
428                 nr_initialised = 0;
429         }
430
431         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
432         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
433                 return false;
434
435         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
436                 return true;
437         /*
438          * We start only with one section of pages, more pages are added as
439          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
440          */
441         nr_initialised++;
442         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
443             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
444                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
445                 return true;
446         }
447         return false;
448 }
449 #else
450 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
451 {
452         return (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
453                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
454                PageSkipKASanPoison(page);
455 }
456
457 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
458 {
459         return false;
460 }
461
462 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         return false;
465 }
466 #endif
467
468 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
469 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
470                                                         unsigned long pfn)
471 {
472 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
473         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
474 #else
475         return page_zone(page)->pageblock_flags;
476 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
477 }
478
479 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
480 {
481 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
482         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
483 #else
484         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
485 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
486         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
487 }
488
489 static __always_inline
490 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
491                                         unsigned long pfn,
492                                         unsigned long mask)
493 {
494         unsigned long *bitmap;
495         unsigned long bitidx, word_bitidx;
496         unsigned long word;
497
498         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
499         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
500         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
501         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
502
503         word = bitmap[word_bitidx];
504         return (word >> bitidx) & mask;
505 }
506
507 /**
508  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
509  * @page: The page within the block of interest
510  * @pfn: The target page frame number
511  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
512  *
513  * Return: pageblock_bits flags
514  */
515 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
516                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
517 {
518         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
519 }
520
521 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
522                                         unsigned long pfn)
523 {
524         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
525 }
526
527 /**
528  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
529  * @page: The page within the block of interest
530  * @flags: The flags to set
531  * @pfn: The target page frame number
532  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
533  */
534 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long old_word, word;
541
542         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
543         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
544
545         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
546         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
547         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
548         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
549
550         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
551
552         mask <<= bitidx;
553         flags <<= bitidx;
554
555         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
556         for (;;) {
557                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
558                 if (word == old_word)
559                         break;
560                 word = old_word;
561         }
562 }
563
564 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
565 {
566         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
567                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
568                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
569
570         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
571                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
575 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
576 {
577         int ret = 0;
578         unsigned seq;
579         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
580         unsigned long sp, start_pfn;
581
582         do {
583                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
584                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
585                 sp = zone->spanned_pages;
586                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
587                         ret = 1;
588         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
589
590         if (ret)
591                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
592                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
593                         start_pfn, start_pfn + sp);
594
595         return ret;
596 }
597
598 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         if (zone != page_zone(page))
601                 return 0;
602
603         return 1;
604 }
605 /*
606  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
607  */
608 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
609 {
610         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
611                 return 1;
612         if (!page_is_consistent(zone, page))
613                 return 1;
614
615         return 0;
616 }
617 #else
618 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
619 {
620         return 0;
621 }
622 #endif
623
624 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
625 {
626         static unsigned long resume;
627         static unsigned long nr_shown;
628         static unsigned long nr_unshown;
629
630         /*
631          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
632          * or allow a steady drip of one report per second.
633          */
634         if (nr_shown == 60) {
635                 if (time_before(jiffies, resume)) {
636                         nr_unshown++;
637                         goto out;
638                 }
639                 if (nr_unshown) {
640                         pr_alert(
641                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
642                                 nr_unshown);
643                         nr_unshown = 0;
644                 }
645                 nr_shown = 0;
646         }
647         if (nr_shown++ == 0)
648                 resume = jiffies + 60 * HZ;
649
650         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
651                 current->comm, page_to_pfn(page));
652         dump_page(page, reason);
653
654         print_modules();
655         dump_stack();
656 out:
657         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
658         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
659         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
660 }
661
662 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
663 {
664         int base = order;
665
666 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
667         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
668                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
669                 base = PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1;
670         }
671 #else
672         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
673 #endif
674
675         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
676 }
677
678 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
679 {
680         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
681
682 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
683         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
684                 order = pageblock_order;
685 #else
686         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
687 #endif
688
689         return order;
690 }
691
692 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
693 {
694         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
695                 return true;
696 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
697         if (order == pageblock_order)
698                 return true;
699 #endif
700         return false;
701 }
702
703 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
704 {
705         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
706                 free_unref_page(page, order);
707         else
708                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
709 }
710
711 /*
712  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
713  *
714  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
715  *
716  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
717  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
718  *
719  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
720  * page destructors. See compound_page_dtors.
721  *
722  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
723  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
724  */
725
726 void free_compound_page(struct page *page)
727 {
728         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
729         free_the_page(page, compound_order(page));
730 }
731
732 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
735         set_compound_order(page, order);
736         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
737         if (hpage_pincount_available(page))
738                 atomic_set(compound_pincount_ptr(page), 0);
739 }
740
741 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
742 {
743         struct page *p = head + tail_idx;
744
745         p->mapping = TAIL_MAPPING;
746         set_compound_head(p, head);
747 }
748
749 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
750 {
751         int i;
752         int nr_pages = 1 << order;
753
754         __SetPageHead(page);
755         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
756                 prep_compound_tail(page, i);
757
758         prep_compound_head(page, order);
759 }
760
761 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
762 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
763
764 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
765                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
766 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
767 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
768 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
769
770 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
771
772 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
773 {
774         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
775 }
776 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
777
778 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
779 {
780         unsigned long res;
781
782         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
783                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
784                 return 0;
785         }
786         _debug_guardpage_minorder = res;
787         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
788         return 0;
789 }
790 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
791
792 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
793                                 unsigned int order, int migratetype)
794 {
795         if (!debug_guardpage_enabled())
796                 return false;
797
798         if (order >= debug_guardpage_minorder())
799                 return false;
800
801         __SetPageGuard(page);
802         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
803         set_page_private(page, order);
804         /* Guard pages are not available for any usage */
805         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
806
807         return true;
808 }
809
810 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
811                                 unsigned int order, int migratetype)
812 {
813         if (!debug_guardpage_enabled())
814                 return;
815
816         __ClearPageGuard(page);
817
818         set_page_private(page, 0);
819         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
820                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
821 }
822 #else
823 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
824                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
825 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
826                                 unsigned int order, int migratetype) {}
827 #endif
828
829 /*
830  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
831  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
832  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
833  * enabled, and then make decisions.
834  */
835 void init_mem_debugging_and_hardening(void)
836 {
837         bool page_poisoning_requested = false;
838
839 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
840         /*
841          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
842          * either of those options are enabled, enable poisoning.
843          */
844         if (page_poisoning_enabled() ||
845              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
846               debug_pagealloc_enabled())) {
847                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
848                 page_poisoning_requested = true;
849         }
850 #endif
851
852         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
853             page_poisoning_requested) {
854                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
855                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
856                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
857                 _init_on_free_enabled_early = false;
858         }
859
860         if (_init_on_alloc_enabled_early)
861                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
862         else
863                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
864
865         if (_init_on_free_enabled_early)
866                 static_branch_enable(&init_on_free);
867         else
868                 static_branch_disable(&init_on_free);
869
870 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
871         if (!debug_pagealloc_enabled())
872                 return;
873
874         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
875
876         if (!debug_guardpage_minorder())
877                 return;
878
879         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
880 #endif
881 }
882
883 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
884 {
885         set_page_private(page, order);
886         __SetPageBuddy(page);
887 }
888
889 /*
890  * This function checks whether a page is free && is the buddy
891  * we can coalesce a page and its buddy if
892  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
893  * (b) the buddy is in the buddy system &&
894  * (c) a page and its buddy have the same order &&
895  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
896  *
897  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
898  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
899  *
900  * For recording page's order, we use page_private(page).
901  */
902 static inline bool page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
903                                                         unsigned int order)
904 {
905         if (!page_is_guard(buddy) && !PageBuddy(buddy))
906                 return false;
907
908         if (buddy_order(buddy) != order)
909                 return false;
910
911         /*
912          * zone check is done late to avoid uselessly calculating
913          * zone/node ids for pages that could never merge.
914          */
915         if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
916                 return false;
917
918         VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
919
920         return true;
921 }
922
923 #ifdef CONFIG_COMPACTION
924 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
925 {
926         struct capture_control *capc = current->capture_control;
927
928         return unlikely(capc) &&
929                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
930                 !capc->page &&
931                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
932 }
933
934 static inline bool
935 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
936                    int order, int migratetype)
937 {
938         if (!capc || order != capc->cc->order)
939                 return false;
940
941         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
942         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
943             is_migrate_isolate(migratetype))
944                 return false;
945
946         /*
947          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
948          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
949          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
950          * have trouble finding a high-order free page.
951          */
952         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
953                 return false;
954
955         capc->page = page;
956         return true;
957 }
958
959 #else
960 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
961 {
962         return NULL;
963 }
964
965 static inline bool
966 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
967                    int order, int migratetype)
968 {
969         return false;
970 }
971 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
972
973 /* Used for pages not on another list */
974 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
975                                     unsigned int order, int migratetype)
976 {
977         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
978
979         list_add(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
980         area->nr_free++;
981 }
982
983 /* Used for pages not on another list */
984 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
985                                          unsigned int order, int migratetype)
986 {
987         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
988
989         list_add_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
990         area->nr_free++;
991 }
992
993 /*
994  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
995  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
996  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
997  */
998 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
999                                      unsigned int order, int migratetype)
1000 {
1001         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1002
1003         list_move_tail(&page->lru, &area->free_list[migratetype]);
1004 }
1005
1006 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1007                                            unsigned int order)
1008 {
1009         /* clear reported state and update reported page count */
1010         if (page_reported(page))
1011                 __ClearPageReported(page);
1012
1013         list_del(&page->lru);
1014         __ClearPageBuddy(page);
1015         set_page_private(page, 0);
1016         zone->free_area[order].nr_free--;
1017 }
1018
1019 /*
1020  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1021  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1022  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1023  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1024  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1025  * as a higher order page
1026  */
1027 static inline bool
1028 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1029                    struct page *page, unsigned int order)
1030 {
1031         struct page *higher_page, *higher_buddy;
1032         unsigned long combined_pfn;
1033
1034         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1035                 return false;
1036
1037         combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1038         higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
1039         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
1040         higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
1041
1042         return page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * Freeing function for a buddy system allocator.
1047  *
1048  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1049  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1050  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1051  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1052  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1053  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1054  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1055  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1056  * parts of the VM system.
1057  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1058  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1059  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1060  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1061  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1062  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1063  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1064  * triggers coalescing into a block of larger size.
1065  *
1066  * -- nyc
1067  */
1068
1069 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1070                 unsigned long pfn,
1071                 struct zone *zone, unsigned int order,
1072                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1073 {
1074         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1075         unsigned int max_order = pageblock_order;
1076         unsigned long buddy_pfn;
1077         unsigned long combined_pfn;
1078         struct page *buddy;
1079         bool to_tail;
1080
1081         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1082         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1083
1084         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1085         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1086                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1087
1088         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1089         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1090
1091 continue_merging:
1092         while (order < max_order) {
1093                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1094                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1095                                                                 migratetype);
1096                         return;
1097                 }
1098                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1099                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1100
1101                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
1102                         goto done_merging;
1103                 /*
1104                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1105                  * merge with it and move up one order.
1106                  */
1107                 if (page_is_guard(buddy))
1108                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1109                 else
1110                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1111                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1112                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1113                 pfn = combined_pfn;
1114                 order++;
1115         }
1116         if (order < MAX_ORDER - 1) {
1117                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
1118                  * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1119                  * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1120                  * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1121                  * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1122                  *
1123                  * We don't want to hit this code for the more frequent
1124                  * low-order merging.
1125                  */
1126                 int buddy_mt;
1127
1128                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1129                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1130                 buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1131
1132                 if (migratetype != buddy_mt
1133                                 && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1134                                         !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1135                         goto done_merging;
1136                 max_order = order + 1;
1137                 goto continue_merging;
1138         }
1139
1140 done_merging:
1141         set_buddy_order(page, order);
1142
1143         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1144                 to_tail = true;
1145         else if (is_shuffle_order(order))
1146                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1147         else
1148                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1149
1150         if (to_tail)
1151                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1152         else
1153                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1154
1155         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1156         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1157                 page_reporting_notify_free(order);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1162  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1163  * check if necessary.
1164  */
1165 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1166                                         unsigned long check_flags)
1167 {
1168         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1169                 return false;
1170
1171         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1172                         page_ref_count(page) |
1173 #ifdef CONFIG_MEMCG
1174                         page->memcg_data |
1175 #endif
1176                         (page->flags & check_flags)))
1177                 return false;
1178
1179         return true;
1180 }
1181
1182 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1183 {
1184         const char *bad_reason = NULL;
1185
1186         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1187                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1188         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1189                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1190         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1191                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1192         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1193                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1194                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1195                 else
1196                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1197         }
1198 #ifdef CONFIG_MEMCG
1199         if (unlikely(page->memcg_data))
1200                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1201 #endif
1202         return bad_reason;
1203 }
1204
1205 static void check_free_page_bad(struct page *page)
1206 {
1207         bad_page(page,
1208                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1209 }
1210
1211 static inline int check_free_page(struct page *page)
1212 {
1213         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1214                 return 0;
1215
1216         /* Something has gone sideways, find it */
1217         check_free_page_bad(page);
1218         return 1;
1219 }
1220
1221 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1222 {
1223         int ret = 1;
1224
1225         /*
1226          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1227          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1228          */
1229         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1230
1231         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1232                 ret = 0;
1233                 goto out;
1234         }
1235         switch (page - head_page) {
1236         case 1:
1237                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1238                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1239                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount");
1240                         goto out;
1241                 }
1242                 break;
1243         case 2:
1244                 /*
1245                  * the second tail page: ->mapping is
1246                  * deferred_list.next -- ignore value.
1247                  */
1248                 break;
1249         default:
1250                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1251                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1252                         goto out;
1253                 }
1254                 break;
1255         }
1256         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1257                 bad_page(page, "PageTail not set");
1258                 goto out;
1259         }
1260         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1261                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1262                 goto out;
1263         }
1264         ret = 0;
1265 out:
1266         page->mapping = NULL;
1267         clear_compound_head(page);
1268         return ret;
1269 }
1270
1271 static void kernel_init_free_pages(struct page *page, int numpages, bool zero_tags)
1272 {
1273         int i;
1274
1275         if (zero_tags) {
1276                 for (i = 0; i < numpages; i++)
1277                         tag_clear_highpage(page + i);
1278                 return;
1279         }
1280
1281         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1282         kasan_disable_current();
1283         for (i = 0; i < numpages; i++) {
1284                 u8 tag = page_kasan_tag(page + i);
1285                 page_kasan_tag_reset(page + i);
1286                 clear_highpage(page + i);
1287                 page_kasan_tag_set(page + i, tag);
1288         }
1289         kasan_enable_current();
1290 }
1291
1292 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1293                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1294 {
1295         int bad = 0;
1296         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1297
1298         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1299
1300         trace_mm_page_free(page, order);
1301
1302         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1303                 /*
1304                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1305                  * Untie memcg state and reset page's owner
1306                  */
1307                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1308                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1309                 reset_page_owner(page, order);
1310                 page_table_check_free(page, order);
1311                 return false;
1312         }
1313
1314         /*
1315          * Check tail pages before head page information is cleared to
1316          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1317          */
1318         if (unlikely(order)) {
1319                 bool compound = PageCompound(page);
1320                 int i;
1321
1322                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1323
1324                 if (compound) {
1325                         ClearPageDoubleMap(page);
1326                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1327                 }
1328                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1329                         if (compound)
1330                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1331                         if (unlikely(check_free_page(page + i))) {
1332                                 bad++;
1333                                 continue;
1334                         }
1335                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1336                 }
1337         }
1338         if (PageMappingFlags(page))
1339                 page->mapping = NULL;
1340         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1341                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1342         if (check_free)
1343                 bad += check_free_page(page);
1344         if (bad)
1345                 return false;
1346
1347         page_cpupid_reset_last(page);
1348         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1349         reset_page_owner(page, order);
1350         page_table_check_free(page, order);
1351
1352         if (!PageHighMem(page)) {
1353                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1354                                            PAGE_SIZE << order);
1355                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1356                                            PAGE_SIZE << order);
1357         }
1358
1359         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1360
1361         /*
1362          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1363          * kasan_free_pages and kernel_init_free_pages must be
1364          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1365          *
1366          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1367          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1368          */
1369         if (kasan_has_integrated_init()) {
1370                 if (!skip_kasan_poison)
1371                         kasan_free_pages(page, order);
1372         } else {
1373                 bool init = want_init_on_free();
1374
1375                 if (init)
1376                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order, false);
1377                 if (!skip_kasan_poison)
1378                         kasan_poison_pages(page, order, init);
1379         }
1380
1381         /*
1382          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1383          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1384          * happen after this.
1385          */
1386         arch_free_page(page, order);
1387
1388         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1389
1390         return true;
1391 }
1392
1393 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1394 /*
1395  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1396  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1397  * moved from pcp lists to free lists.
1398  */
1399 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1400 {
1401         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1402 }
1403
1404 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1405 {
1406         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1407                 return check_free_page(page);
1408         else
1409                 return false;
1410 }
1411 #else
1412 /*
1413  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1414  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1415  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1416  * to the pcp lists.
1417  */
1418 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1419 {
1420         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1421                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1422         else
1423                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1424 }
1425
1426 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1427 {
1428         return check_free_page(page);
1429 }
1430 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1431
1432 static inline void prefetch_buddy(struct page *page, unsigned int order)
1433 {
1434         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1435         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
1436         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1437
1438         prefetch(buddy);
1439 }
1440
1441 /*
1442  * Frees a number of pages from the PCP lists
1443  * Assumes all pages on list are in same zone.
1444  * count is the number of pages to free.
1445  */
1446 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1447                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1448                                         int pindex)
1449 {
1450         int min_pindex = 0;
1451         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1452         unsigned int order;
1453         int prefetch_nr = READ_ONCE(pcp->batch);
1454         bool isolated_pageblocks;
1455         struct page *page;
1456
1457         /*
1458          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1459          * below while (list_empty(list)) loop.
1460          */
1461         count = min(pcp->count, count);
1462
1463         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1464         pindex = pindex - 1;
1465
1466         /*
1467          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
1468          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
1469          */
1470         spin_lock(&zone->lock);
1471         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1472
1473         while (count > 0) {
1474                 struct list_head *list;
1475                 int nr_pages;
1476
1477                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1478                 do {
1479                         if (++pindex > max_pindex)
1480                                 pindex = min_pindex;
1481                         list = &pcp->lists[pindex];
1482                         if (!list_empty(list))
1483                                 break;
1484
1485                         if (pindex == max_pindex)
1486                                 max_pindex--;
1487                         if (pindex == min_pindex)
1488                                 min_pindex++;
1489                 } while (1);
1490
1491                 order = pindex_to_order(pindex);
1492                 nr_pages = 1 << order;
1493                 BUILD_BUG_ON(MAX_ORDER >= (1<<NR_PCP_ORDER_WIDTH));
1494                 do {
1495                         int mt;
1496
1497                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1498                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1499
1500                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1501                         list_del(&page->lru);
1502                         count -= nr_pages;
1503                         pcp->count -= nr_pages;
1504
1505                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1506                                 continue;
1507
1508                         /*
1509                          * We are going to put the page back to the global
1510                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1511                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1512                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1513                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1514                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1515                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1516                          */
1517                         if (prefetch_nr) {
1518                                 prefetch_buddy(page, order);
1519                                 prefetch_nr--;
1520                         }
1521
1522                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1523                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1524                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1525                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1526                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1527
1528                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1529                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1530                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1531         }
1532
1533         spin_unlock(&zone->lock);
1534 }
1535
1536 static void free_one_page(struct zone *zone,
1537                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1538                                 unsigned int order,
1539                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1540 {
1541         unsigned long flags;
1542
1543         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1544         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1545                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1546                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1547         }
1548         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1549         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1550 }
1551
1552 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1553                                 unsigned long zone, int nid)
1554 {
1555         mm_zero_struct_page(page);
1556         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1557         init_page_count(page);
1558         page_mapcount_reset(page);
1559         page_cpupid_reset_last(page);
1560         page_kasan_tag_reset(page);
1561
1562         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1563 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1564         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1565         if (!is_highmem_idx(zone))
1566                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1567 #endif
1568 }
1569
1570 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1571 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1572 {
1573         pg_data_t *pgdat;
1574         int nid, zid;
1575
1576         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1577                 return;
1578
1579         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1580         pgdat = NODE_DATA(nid);
1581
1582         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1583                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1584
1585                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1586                         break;
1587         }
1588         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1589 }
1590 #else
1591 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1592 {
1593 }
1594 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1595
1596 /*
1597  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1598  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1599  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1600  * sent to the buddy page allocator.
1601  */
1602 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1603 {
1604         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1605         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1606
1607         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1608                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1609                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1610
1611                         init_reserved_page(start_pfn);
1612
1613                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1614                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1615
1616                         /*
1617                          * no need for atomic set_bit because the struct
1618                          * page is not visible yet so nobody should
1619                          * access it yet.
1620                          */
1621                         __SetPageReserved(page);
1622                 }
1623         }
1624 }
1625
1626 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1627                             fpi_t fpi_flags)
1628 {
1629         unsigned long flags;
1630         int migratetype;
1631         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1632         struct zone *zone = page_zone(page);
1633
1634         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1635                 return;
1636
1637         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1638
1639         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1640         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1641                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1642                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1643         }
1644         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1645         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1646
1647         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1648 }
1649
1650 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1651 {
1652         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1653         struct page *p = page;
1654         unsigned int loop;
1655
1656         /*
1657          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1658          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1659          * refcount of all involved pages to 0.
1660          */
1661         prefetchw(p);
1662         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1663                 prefetchw(p + 1);
1664                 __ClearPageReserved(p);
1665                 set_page_count(p, 0);
1666         }
1667         __ClearPageReserved(p);
1668         set_page_count(p, 0);
1669
1670         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1671
1672         /*
1673          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1674          * relevant for memory onlining.
1675          */
1676         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1677 }
1678
1679 #ifdef CONFIG_NUMA
1680
1681 /*
1682  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1683  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1684  * treats start/end as pfns.
1685  */
1686 struct mminit_pfnnid_cache {
1687         unsigned long last_start;
1688         unsigned long last_end;
1689         int last_nid;
1690 };
1691
1692 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1693
1694 /*
1695  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1696  */
1697 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1698                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1699 {
1700         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1701         int nid;
1702
1703         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1704                 return state->last_nid;
1705
1706         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1707         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1708                 state->last_start = start_pfn;
1709                 state->last_end = end_pfn;
1710                 state->last_nid = nid;
1711         }
1712
1713         return nid;
1714 }
1715
1716 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1717 {
1718         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1719         int nid;
1720
1721         spin_lock(&early_pfn_lock);
1722         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1723         if (nid < 0)
1724                 nid = first_online_node;
1725         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1726
1727         return nid;
1728 }
1729 #endif /* CONFIG_NUMA */
1730
1731 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1732                                                         unsigned int order)
1733 {
1734         if (early_page_uninitialised(pfn))
1735                 return;
1736         __free_pages_core(page, order);
1737 }
1738
1739 /*
1740  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1741  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1742  * with the migration of free compaction scanner.
1743  *
1744  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1745  *
1746  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1747  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1748  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1749  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1750  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1751  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1752  * page in a pageblock.
1753  */
1754 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1755                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1756 {
1757         struct page *start_page;
1758         struct page *end_page;
1759
1760         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1761         end_pfn--;
1762
1763         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1764                 return NULL;
1765
1766         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1767         if (!start_page)
1768                 return NULL;
1769
1770         if (page_zone(start_page) != zone)
1771                 return NULL;
1772
1773         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1774
1775         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1776         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1777                 return NULL;
1778
1779         return start_page;
1780 }
1781
1782 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1783 {
1784         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1785         unsigned long block_end_pfn;
1786
1787         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1788         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1789                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1790                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1791
1792                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1793
1794                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1795                                              block_end_pfn, zone))
1796                         return;
1797                 cond_resched();
1798         }
1799
1800         /* We confirm that there is no hole */
1801         zone->contiguous = true;
1802 }
1803
1804 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1805 {
1806         zone->contiguous = false;
1807 }
1808
1809 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1810 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1811                                        unsigned long nr_pages)
1812 {
1813         struct page *page;
1814         unsigned long i;
1815
1816         if (!nr_pages)
1817                 return;
1818
1819         page = pfn_to_page(pfn);
1820
1821         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1822         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1823             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1824                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1825                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1826                 return;
1827         }
1828
1829         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1830                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1831                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1832                 __free_pages_core(page, 0);
1833         }
1834 }
1835
1836 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1837 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1838 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1839
1840 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1841 {
1842         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1843                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1848  *
1849  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1850  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1851  * function is optimized out.
1852  *
1853  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1854  * of the head pfn.
1855  */
1856 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1857 {
1858         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1859                 return false;
1860         return true;
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1865  * pageblock_nr_pages sizes.
1866  */
1867 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1868                                        unsigned long end_pfn)
1869 {
1870         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1871         unsigned long nr_free = 0;
1872
1873         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1874                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1875                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1876                         nr_free = 0;
1877                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1878                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1879                         nr_free = 1;
1880                 } else {
1881                         nr_free++;
1882                 }
1883         }
1884         /* Free the last block of pages to allocator */
1885         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1890  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1891  * Return number of pages initialized.
1892  */
1893 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1894                                                  unsigned long pfn,
1895                                                  unsigned long end_pfn)
1896 {
1897         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1898         int nid = zone_to_nid(zone);
1899         unsigned long nr_pages = 0;
1900         int zid = zone_idx(zone);
1901         struct page *page = NULL;
1902
1903         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1904                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1905                         page = NULL;
1906                         continue;
1907                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1908                         page = pfn_to_page(pfn);
1909                 } else {
1910                         page++;
1911                 }
1912                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1913                 nr_pages++;
1914         }
1915         return (nr_pages);
1916 }
1917
1918 /*
1919  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1920  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1921  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1922  * return false indicating there are no valid ranges left.
1923  */
1924 static bool __init
1925 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1926                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1927                                     unsigned long first_init_pfn)
1928 {
1929         u64 j;
1930
1931         /*
1932          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1933          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1934          * so we just need to flush them out of the system.
1935          */
1936         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1937                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1938                         continue;
1939                 if (*spfn < first_init_pfn)
1940                         *spfn = first_init_pfn;
1941                 *i = j;
1942                 return true;
1943         }
1944
1945         return false;
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1950  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1951  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1952  * page in __free_one_page()).
1953  *
1954  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1955  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1956  * any issues with the buddy page computation.
1957  */
1958 static unsigned long __init
1959 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1960                        unsigned long *end_pfn)
1961 {
1962         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1963         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1964         unsigned long nr_pages = 0;
1965         u64 j = *i;
1966
1967         /* First we loop through and initialize the page values */
1968         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1969                 unsigned long t;
1970
1971                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1972                         break;
1973
1974                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1975                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1976
1977                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1978                         *start_pfn = mo_pfn;
1979                         break;
1980                 }
1981         }
1982
1983         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1984         swap(j, *i);
1985
1986         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1987                 unsigned long t;
1988
1989                 if (mo_pfn <= spfn)
1990                         break;
1991
1992                 t = min(mo_pfn, epfn);
1993                 deferred_free_pages(spfn, t);
1994
1995                 if (mo_pfn <= epfn)
1996                         break;
1997         }
1998
1999         return nr_pages;
2000 }
2001
2002 static void __init
2003 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2004                            void *arg)
2005 {
2006         unsigned long spfn, epfn;
2007         struct zone *zone = arg;
2008         u64 i;
2009
2010         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2011
2012         /*
2013          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2014          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2015          */
2016         while (spfn < end_pfn) {
2017                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2018                 cond_resched();
2019         }
2020 }
2021
2022 /* An arch may override for more concurrency. */
2023 __weak int __init
2024 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2025 {
2026         return 1;
2027 }
2028
2029 /* Initialise remaining memory on a node */
2030 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2031 {
2032         pg_data_t *pgdat = data;
2033         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2034         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2035         unsigned long first_init_pfn, flags;
2036         unsigned long start = jiffies;
2037         struct zone *zone;
2038         int zid, max_threads;
2039         u64 i;
2040
2041         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2042         if (!cpumask_empty(cpumask))
2043                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2044
2045         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2046         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2047         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2048                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2049                 pgdat_init_report_one_done();
2050                 return 0;
2051         }
2052
2053         /* Sanity check boundaries */
2054         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2055         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2056         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2057
2058         /*
2059          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2060          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2061          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2062          */
2063         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2064
2065         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2066         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2067                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2068                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2069                         break;
2070         }
2071
2072         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2073         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2074                                                  first_init_pfn))
2075                 goto zone_empty;
2076
2077         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2078
2079         while (spfn < epfn) {
2080                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2081                 struct padata_mt_job job = {
2082                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2083                         .fn_arg      = zone,
2084                         .start       = spfn,
2085                         .size        = epfn_align - spfn,
2086                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2087                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2088                         .max_threads = max_threads,
2089                 };
2090
2091                 padata_do_multithreaded(&job);
2092                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2093                                                     epfn_align);
2094         }
2095 zone_empty:
2096         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2097         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2098
2099         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2100                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2101
2102         pgdat_init_report_one_done();
2103         return 0;
2104 }
2105
2106 /*
2107  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2108  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2109  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2110  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2111  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2112  *
2113  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2114  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2115  * enough pages to satisfy the allocation.
2116  *
2117  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2118  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2119  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2120  */
2121 static noinline bool __init
2122 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2123 {
2124         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2125         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2126         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2127         unsigned long spfn, epfn, flags;
2128         unsigned long nr_pages = 0;
2129         u64 i;
2130
2131         /* Only the last zone may have deferred pages */
2132         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2133                 return false;
2134
2135         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2136
2137         /*
2138          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2139          * true, as there might be enough pages already.
2140          */
2141         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2142                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2143                 return true;
2144         }
2145
2146         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2147         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2148                                                  first_deferred_pfn)) {
2149                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2150                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2151                 /* Retry only once. */
2152                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2153         }
2154
2155         /*
2156          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2157          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2158          * allocator.
2159          */
2160         while (spfn < epfn) {
2161                 /* update our first deferred PFN for this section */
2162                 first_deferred_pfn = spfn;
2163
2164                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2165                 touch_nmi_watchdog();
2166
2167                 /* We should only stop along section boundaries */
2168                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2169                         continue;
2170
2171                 /* If our quota has been met we can stop here */
2172                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2173                         break;
2174         }
2175
2176         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2177         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2178
2179         return nr_pages > 0;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2184  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2185  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2186  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2187  */
2188 static bool __ref
2189 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2190 {
2191         return deferred_grow_zone(zone, order);
2192 }
2193
2194 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2195
2196 void __init page_alloc_init_late(void)
2197 {
2198         struct zone *zone;
2199         int nid;
2200
2201 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2202
2203         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2204         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2205         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2206                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2207         }
2208
2209         /* Block until all are initialised */
2210         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2211
2212         /*
2213          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2214          * on-demand struct page initialization.
2215          */
2216         static_branch_disable(&deferred_pages);
2217
2218         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2219         files_maxfiles_init();
2220 #endif
2221
2222         buffer_init();
2223
2224         /* Discard memblock private memory */
2225         memblock_discard();
2226
2227         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2228                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2229
2230         for_each_populated_zone(zone)
2231                 set_zone_contiguous(zone);
2232 }
2233
2234 #ifdef CONFIG_CMA
2235 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2236 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2237 {
2238         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2239         struct page *p = page;
2240
2241         do {
2242                 __ClearPageReserved(p);
2243                 set_page_count(p, 0);
2244         } while (++p, --i);
2245
2246         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2247         set_page_refcounted(page);
2248         __free_pages(page, pageblock_order);
2249
2250         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2251         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2252 }
2253 #endif
2254
2255 /*
2256  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2257  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2258  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2259  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2260  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2261  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2262  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2263  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2264  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2265  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2266  *
2267  * -- nyc
2268  */
2269 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2270         int low, int high, int migratetype)
2271 {
2272         unsigned long size = 1 << high;
2273
2274         while (high > low) {
2275                 high--;
2276                 size >>= 1;
2277                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2278
2279                 /*
2280                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2281                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2282                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2283                  * pages will stay not present in virtual address space
2284                  */
2285                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2286                         continue;
2287
2288                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2289                 set_buddy_order(&page[size], high);
2290         }
2291 }
2292
2293 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2294 {
2295         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2296                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2297                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2298                 return;
2299         }
2300
2301         bad_page(page,
2302                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2303 }
2304
2305 /*
2306  * This page is about to be returned from the page allocator
2307  */
2308 static inline int check_new_page(struct page *page)
2309 {
2310         if (likely(page_expected_state(page,
2311                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2312                 return 0;
2313
2314         check_new_page_bad(page);
2315         return 1;
2316 }
2317
2318 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2319 /*
2320  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2321  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2322  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2323  */
2324 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2325 {
2326         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2327                 return check_new_page(page);
2328         else
2329                 return false;
2330 }
2331
2332 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2333 {
2334         return check_new_page(page);
2335 }
2336 #else
2337 /*
2338  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2339  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2340  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2341  */
2342 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2343 {
2344         return check_new_page(page);
2345 }
2346 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2347 {
2348         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2349                 return check_new_page(page);
2350         else
2351                 return false;
2352 }
2353 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2354
2355 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2356 {
2357         int i;
2358         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2359                 struct page *p = page + i;
2360
2361                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2362                         return true;
2363         }
2364
2365         return false;
2366 }
2367
2368 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2369                                 gfp_t gfp_flags)
2370 {
2371         set_page_private(page, 0);
2372         set_page_refcounted(page);
2373
2374         arch_alloc_page(page, order);
2375         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2376
2377         /*
2378          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2379          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2380          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2381          */
2382         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2383
2384         /*
2385          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2386          * kasan_alloc_pages and kernel_init_free_pages must be
2387          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2388          */
2389         if (kasan_has_integrated_init()) {
2390                 kasan_alloc_pages(page, order, gfp_flags);
2391         } else {
2392                 bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags);
2393
2394                 kasan_unpoison_pages(page, order, init);
2395                 if (init)
2396                         kernel_init_free_pages(page, 1 << order,
2397                                                gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2398         }
2399
2400         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2401         page_table_check_alloc(page, order);
2402 }
2403
2404 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2405                                                         unsigned int alloc_flags)
2406 {
2407         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2408
2409         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2410                 prep_compound_page(page, order);
2411
2412         /*
2413          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2414          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2415          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2416          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2417          */
2418         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2419                 set_page_pfmemalloc(page);
2420         else
2421                 clear_page_pfmemalloc(page);
2422 }
2423
2424 /*
2425  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2426  * the smallest available page from the freelists
2427  */
2428 static __always_inline
2429 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2430                                                 int migratetype)
2431 {
2432         unsigned int current_order;
2433         struct free_area *area;
2434         struct page *page;
2435
2436         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2437         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2438                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2439                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2440                 if (!page)
2441                         continue;
2442                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2443                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2444                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2445                 return page;
2446         }
2447
2448         return NULL;
2449 }
2450
2451
2452 /*
2453  * This array describes the order lists are fallen back to when
2454  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2455  *
2456  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2457  */
2458 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2459         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2460         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2461         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2462 };
2463
2464 #ifdef CONFIG_CMA
2465 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2466                                         unsigned int order)
2467 {
2468         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2469 }
2470 #else
2471 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2472                                         unsigned int order) { return NULL; }
2473 #endif
2474
2475 /*
2476  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2477  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2478  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2479  */
2480 static int move_freepages(struct zone *zone,
2481                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2482                           int migratetype, int *num_movable)
2483 {
2484         struct page *page;
2485         unsigned long pfn;
2486         unsigned int order;
2487         int pages_moved = 0;
2488
2489         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2490                 page = pfn_to_page(pfn);
2491                 if (!PageBuddy(page)) {
2492                         /*
2493                          * We assume that pages that could be isolated for
2494                          * migration are movable. But we don't actually try
2495                          * isolating, as that would be expensive.
2496                          */
2497                         if (num_movable &&
2498                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2499                                 (*num_movable)++;
2500                         pfn++;
2501                         continue;
2502                 }
2503
2504                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2505                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2506                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2507
2508                 order = buddy_order(page);
2509                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2510                 pfn += 1 << order;
2511                 pages_moved += 1 << order;
2512         }
2513
2514         return pages_moved;
2515 }
2516
2517 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2518                                 int migratetype, int *num_movable)
2519 {
2520         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2521
2522         if (num_movable)
2523                 *num_movable = 0;
2524
2525         pfn = page_to_pfn(page);
2526         start_pfn = pfn & ~(pageblock_nr_pages - 1);
2527         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2528
2529         /* Do not cross zone boundaries */
2530         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2531                 start_pfn = pfn;
2532         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2533                 return 0;
2534
2535         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2536                                                                 num_movable);
2537 }
2538
2539 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2540                                         int start_order, int migratetype)
2541 {
2542         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2543
2544         while (nr_pageblocks--) {
2545                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2546                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2547         }
2548 }
2549
2550 /*
2551  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2552  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2553  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2554  *
2555  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2556  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2557  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2558  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2559  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2560  * pageblocks.
2561  */
2562 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2563 {
2564         /*
2565          * Leaving this order check is intended, although there is
2566          * relaxed order check in next check. The reason is that
2567          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2568          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2569          * so could be changed anytime.
2570          */
2571         if (order >= pageblock_order)
2572                 return true;
2573
2574         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2575                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2576                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2577                 page_group_by_mobility_disabled)
2578                 return true;
2579
2580         return false;
2581 }
2582
2583 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2584 {
2585         unsigned long max_boost;
2586
2587         if (!watermark_boost_factor)
2588                 return false;
2589         /*
2590          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2591          * On small machines, including kdump capture kernels running
2592          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2593          * memory situation immediately.
2594          */
2595         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2596                 return false;
2597
2598         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2599                         watermark_boost_factor, 10000);
2600
2601         /*
2602          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2603          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2604          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2605          * allocations that early means that reclaim is not going
2606          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2607          * boosted watermark resulting in a hang.
2608          */
2609         if (!max_boost)
2610                 return false;
2611
2612         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2613
2614         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2615                 max_boost);
2616
2617         return true;
2618 }
2619
2620 /*
2621  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2622  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2623  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2624  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2625  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2626  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2627  */
2628 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2629                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2630 {
2631         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2632         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2633         int old_block_type;
2634
2635         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2636
2637         /*
2638          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2639          * highatomic accounting.
2640          */
2641         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2642                 goto single_page;
2643
2644         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2645         if (current_order >= pageblock_order) {
2646                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2647                 goto single_page;
2648         }
2649
2650         /*
2651          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2652          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2653          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2654          */
2655         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2656                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2657
2658         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2659         if (!whole_block)
2660                 goto single_page;
2661
2662         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2663                                                 &movable_pages);
2664         /*
2665          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2666          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2667          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2668          */
2669         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2670                 alike_pages = movable_pages;
2671         } else {
2672                 /*
2673                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2674                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2675                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2676                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2677                  * exact migratetype of non-movable pages.
2678                  */
2679                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2680                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2681                                                 - (free_pages + movable_pages);
2682                 else
2683                         alike_pages = 0;
2684         }
2685
2686         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2687         if (!free_pages)
2688                 goto single_page;
2689
2690         /*
2691          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2692          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2693          */
2694         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2695                         page_group_by_mobility_disabled)
2696                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2697
2698         return;
2699
2700 single_page:
2701         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2702 }
2703
2704 /*
2705  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2706  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2707  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2708  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2709  */
2710 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2711                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2712 {
2713         int i;
2714         int fallback_mt;
2715
2716         if (area->nr_free == 0)
2717                 return -1;
2718
2719         *can_steal = false;
2720         for (i = 0;; i++) {
2721                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2722                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2723                         break;
2724
2725                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2726                         continue;
2727
2728                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2729                         *can_steal = true;
2730
2731                 if (!only_stealable)
2732                         return fallback_mt;
2733
2734                 if (*can_steal)
2735                         return fallback_mt;
2736         }
2737
2738         return -1;
2739 }
2740
2741 /*
2742  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2743  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2744  */
2745 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2746                                 unsigned int alloc_order)
2747 {
2748         int mt;
2749         unsigned long max_managed, flags;
2750
2751         /*
2752          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2753          * Check is race-prone but harmless.
2754          */
2755         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2756         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2757                 return;
2758
2759         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2760
2761         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2762         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2763                 goto out_unlock;
2764
2765         /* Yoink! */
2766         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2767         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2768         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2769                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2770                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2771                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2772         }
2773
2774 out_unlock:
2775         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2776 }
2777
2778 /*
2779  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2780  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2781  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2782  * to recover from than an OOM.
2783  *
2784  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2785  * pageblock is exhausted.
2786  */
2787 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2788                                                 bool force)
2789 {
2790         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2791         unsigned long flags;
2792         struct zoneref *z;
2793         struct zone *zone;
2794         struct page *page;
2795         int order;
2796         bool ret;
2797
2798         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2799                                                                 ac->nodemask) {
2800                 /*
2801                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2802                  * is really high.
2803                  */
2804                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2805                                         pageblock_nr_pages)
2806                         continue;
2807
2808                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2809                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2810                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2811
2812                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2813                         if (!page)
2814                                 continue;
2815
2816                         /*
2817                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2818                          * we can counter several free pages in a pageblock
2819                          * in this loop although we changed the pageblock type
2820                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2821                          * adjust the count once.
2822                          */
2823                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2824                                 /*
2825                                  * It should never happen but changes to
2826                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2827                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2828                                  * while unreserving so be safe and watch for
2829                                  * underflows.
2830                                  */
2831                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2832                                                 pageblock_nr_pages,
2833                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2834                         }
2835
2836                         /*
2837                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2838                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2839                          * is doing the work and needs the pages. More
2840                          * importantly, if the block was always converted to
2841                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2842                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2843                          * may increase.
2844                          */
2845                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2846                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2847                                                                         NULL);
2848                         if (ret) {
2849                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2850                                 return ret;
2851                         }
2852                 }
2853                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2854         }
2855
2856         return false;
2857 }
2858
2859 /*
2860  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2861  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2862  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2863  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2864  *
2865  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2866  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2867  * condition simpler.
2868  */
2869 static __always_inline bool
2870 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2871                                                 unsigned int alloc_flags)
2872 {
2873         struct free_area *area;
2874         int current_order;
2875         int min_order = order;
2876         struct page *page;
2877         int fallback_mt;
2878         bool can_steal;
2879
2880         /*
2881          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2882          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2883          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2884          */
2885         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2886                 min_order = pageblock_order;
2887
2888         /*
2889          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2890          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2891          * would be too costly to do exactly.
2892          */
2893         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2894                                 --current_order) {
2895                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2896                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2897                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2898                 if (fallback_mt == -1)
2899                         continue;
2900
2901                 /*
2902                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2903                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2904                  * steal and split the smallest available page instead of the
2905                  * largest available page, because even if the next movable
2906                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2907                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2908                  */
2909                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2910                                         && current_order > order)
2911                         goto find_smallest;
2912
2913                 goto do_steal;
2914         }
2915
2916         return false;
2917
2918 find_smallest:
2919         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2920                                                         current_order++) {
2921                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2922                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2923                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2924                 if (fallback_mt != -1)
2925                         break;
2926         }
2927
2928         /*
2929          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2930          * when looking for the largest page.
2931          */
2932         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2933
2934 do_steal:
2935         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2936
2937         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2938                                                                 can_steal);
2939
2940         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2941                 start_migratetype, fallback_mt);
2942
2943         return true;
2944
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2949  * Call me with the zone->lock already held.
2950  */
2951 static __always_inline struct page *
2952 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2953                                                 unsigned int alloc_flags)
2954 {
2955         struct page *page;
2956
2957         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2958                 /*
2959                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2960                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2961                  * is in the CMA area.
2962                  */
2963                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2964                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2965                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2966                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2967                         if (page)
2968                                 goto out;
2969                 }
2970         }
2971 retry:
2972         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2973         if (unlikely(!page)) {
2974                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2975                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2976
2977                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2978                                                                 alloc_flags))
2979                         goto retry;
2980         }
2981 out:
2982         if (page)
2983                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2984         return page;
2985 }
2986
2987 /*
2988  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2989  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2990  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2991  */
2992 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2993                         unsigned long count, struct list_head *list,
2994                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2995 {
2996         int i, allocated = 0;
2997
2998         /*
2999          * local_lock_irq held so equivalent to spin_lock_irqsave for
3000          * both PREEMPT_RT and non-PREEMPT_RT configurations.
3001          */
3002         spin_lock(&zone->lock);
3003         for (i = 0; i < count; ++i) {
3004                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3005                                                                 alloc_flags);
3006                 if (unlikely(page == NULL))
3007                         break;
3008
3009                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
3010                         continue;
3011
3012                 /*
3013                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3014                  * physical page order. The page is added to the tail of
3015                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3016                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3017                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3018                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3019                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3020                  * pages are ordered properly.
3021                  */
3022                 list_add_tail(&page->lru, list);
3023                 allocated++;
3024                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3025                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3026                                               -(1 << order));
3027         }
3028
3029         /*
3030          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3031          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3032          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3033          * pages added to the pcp list.
3034          */
3035         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3036         spin_unlock(&zone->lock);
3037         return allocated;
3038 }
3039
3040 #ifdef CONFIG_NUMA
3041 /*
3042  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3043  * currently executing processor on remote nodes after they have
3044  * expired.
3045  *
3046  * Note that this function must be called with the thread pinned to
3047  * a single processor.
3048  */
3049 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3050 {
3051         unsigned long flags;
3052         int to_drain, batch;
3053
3054         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3055         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3056         to_drain = min(pcp->count, batch);
3057         if (to_drain > 0)
3058                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3059         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3060 }
3061 #endif
3062
3063 /*
3064  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3065  *
3066  * The processor must either be the current processor and the
3067  * thread pinned to the current processor or a processor that
3068  * is not online.
3069  */
3070 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3071 {
3072         unsigned long flags;
3073         struct per_cpu_pages *pcp;
3074
3075         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3076
3077         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3078         if (pcp->count)
3079                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3080
3081         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3082 }
3083
3084 /*
3085  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3086  *
3087  * The processor must either be the current processor and the
3088  * thread pinned to the current processor or a processor that
3089  * is not online.
3090  */
3091 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3092 {
3093         struct zone *zone;
3094
3095         for_each_populated_zone(zone) {
3096                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3097         }
3098 }
3099
3100 /*
3101  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3102  *
3103  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
3104  * the single zone's pages.
3105  */
3106 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3107 {
3108         int cpu = smp_processor_id();
3109
3110         if (zone)
3111                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3112         else
3113                 drain_pages(cpu);
3114 }
3115
3116 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
3117 {
3118         struct pcpu_drain *drain;
3119
3120         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
3121
3122         /*
3123          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
3124          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
3125          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
3126          * cpu which is alright but we also have to make sure to not move to
3127          * a different one.
3128          */
3129         migrate_disable();
3130         drain_local_pages(drain->zone);
3131         migrate_enable();
3132 }
3133
3134 /*
3135  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3136  * drain on all cpus.
3137  *
3138  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3139  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3140  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3141  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3142  * optimizing racy check.
3143  */
3144 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3145 {
3146         int cpu;
3147
3148         /*
3149          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3150          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3151          */
3152         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3153
3154         /*
3155          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
3156          * initialized.
3157          */
3158         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
3159                 return;
3160
3161         /*
3162          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3163          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3164          * the drain to be complete when the call returns.
3165          */
3166         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3167                 if (!zone)
3168                         return;
3169                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3170         }
3171
3172         /*
3173          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3174          * as offline notification will cause the notified
3175          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3176          * disables preemption as part of its processing
3177          */
3178         for_each_online_cpu(cpu) {
3179                 struct per_cpu_pages *pcp;
3180                 struct zone *z;
3181                 bool has_pcps = false;
3182
3183                 if (force_all_cpus) {
3184                         /*
3185                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3186                          * guarantee that no cpu is missed.
3187                          */
3188                         has_pcps = true;
3189                 } else if (zone) {
3190                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3191                         if (pcp->count)
3192                                 has_pcps = true;
3193                 } else {
3194                         for_each_populated_zone(z) {
3195                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3196                                 if (pcp->count) {
3197                                         has_pcps = true;
3198                                         break;
3199                                 }
3200                         }
3201                 }
3202
3203                 if (has_pcps)
3204                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3205                 else
3206                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3207         }
3208
3209         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3210                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
3211
3212                 drain->zone = zone;
3213                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
3214                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
3215         }
3216         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
3217                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
3218
3219         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3220 }
3221
3222 /*
3223  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3224  *
3225  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3226  *
3227  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
3228  */
3229 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3230 {
3231         __drain_all_pages(zone, false);
3232 }
3233
3234 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3235
3236 /*
3237  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3238  */
3239 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3240
3241 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3242 {
3243         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3244         unsigned long flags;
3245         unsigned int order, t;
3246         struct page *page;
3247
3248         if (zone_is_empty(zone))
3249                 return;
3250
3251         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3252
3253         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3254         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3255                 if (pfn_valid(pfn)) {
3256                         page = pfn_to_page(pfn);
3257
3258                         if (!--page_count) {
3259                                 touch_nmi_watchdog();
3260                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3261                         }
3262
3263                         if (page_zone(page) != zone)
3264                                 continue;
3265
3266                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3267                                 swsusp_unset_page_free(page);
3268                 }
3269
3270         for_each_migratetype_order(order, t) {
3271                 list_for_each_entry(page,
3272                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
3273                         unsigned long i;
3274
3275                         pfn = page_to_pfn(page);
3276                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3277                                 if (!--page_count) {
3278                                         touch_nmi_watchdog();
3279                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3280                                 }
3281                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3282                         }
3283                 }
3284         }
3285         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3286 }
3287 #endif /* CONFIG_PM */
3288
3289 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3290                                                         unsigned int order)
3291 {
3292         int migratetype;
3293
3294         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3295                 return false;
3296
3297         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3298         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3299         return true;
3300 }
3301
3302 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch)
3303 {
3304         int min_nr_free, max_nr_free;
3305
3306         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3307         if (unlikely(high < batch))
3308                 return 1;
3309
3310         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3311         min_nr_free = batch;
3312         max_nr_free = high - batch;
3313
3314         /*
3315          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3316          * freeing of pages without any allocation.
3317          */
3318         batch <<= pcp->free_factor;
3319         if (batch < max_nr_free)
3320                 pcp->free_factor++;
3321         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3322
3323         return batch;
3324 }
3325
3326 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone)
3327 {
3328         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3329
3330         if (unlikely(!high))
3331                 return 0;
3332
3333         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3334                 return high;
3335
3336         /*
3337          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3338          * stored on pcp lists
3339          */
3340         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3341 }
3342
3343 static void free_unref_page_commit(struct page *page, int migratetype,
3344                                    unsigned int order)
3345 {
3346         struct zone *zone = page_zone(page);
3347         struct per_cpu_pages *pcp;
3348         int high;
3349         int pindex;
3350
3351         __count_vm_event(PGFREE);
3352         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3353         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3354         list_add(&page->lru, &pcp->lists[pindex]);
3355         pcp->count += 1 << order;
3356         high = nr_pcp_high(pcp, zone);
3357         if (pcp->count >= high) {
3358                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3359
3360                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch), pcp, pindex);
3361         }
3362 }
3363
3364 /*
3365  * Free a pcp page
3366  */
3367 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3368 {
3369         unsigned long flags;
3370         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3371         int migratetype;
3372
3373         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3374                 return;
3375
3376         /*
3377          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3378          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3379          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3380          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3381          * excessively into the page allocator
3382          */
3383         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3384         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3385                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3386                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3387                         return;
3388                 }
3389                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3390         }
3391
3392         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3393         free_unref_page_commit(page, migratetype, order);
3394         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3395 }
3396
3397 /*
3398  * Free a list of 0-order pages
3399  */
3400 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3401 {
3402         struct page *page, *next;
3403         unsigned long flags;
3404         int batch_count = 0;
3405         int migratetype;
3406
3407         /* Prepare pages for freeing */
3408         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3409                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3410                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3411                         list_del(&page->lru);
3412                         continue;
3413                 }
3414
3415                 /*
3416                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3417                  * comment in free_unref_page.
3418                  */
3419                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3420                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3421                         list_del(&page->lru);
3422                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3423                         continue;
3424                 }
3425         }
3426
3427         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3428         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3429                 /*
3430                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3431                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3432                  */
3433                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3434                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3435                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3436
3437                 trace_mm_page_free_batched(page);
3438                 free_unref_page_commit(page, migratetype, 0);
3439
3440                 /*
3441                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3442                  * a large list of pages to free.
3443                  */
3444                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3445                         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3446                         batch_count = 0;
3447                         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3448                 }
3449         }
3450         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3451 }
3452
3453 /*
3454  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3455  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3456  * Each sub-page must be freed individually.
3457  *
3458  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3459  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3460  */
3461 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3462 {
3463         int i;
3464
3465         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3466         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3467
3468         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3469                 set_page_refcounted(page + i);
3470         split_page_owner(page, 1 << order);
3471         split_page_memcg(page, 1 << order);
3472 }
3473 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3474
3475 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3476 {
3477         unsigned long watermark;
3478         struct zone *zone;
3479         int mt;
3480
3481         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3482
3483         zone = page_zone(page);
3484         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3485
3486         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3487                 /*
3488                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3489                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3490                  * watermark, because we already know our high-order page
3491                  * exists.
3492                  */
3493                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3494                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3495                         return 0;
3496
3497                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3498         }
3499
3500         /* Remove page from free list */
3501
3502         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3503
3504         /*
3505          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3506          * pageblock
3507          */
3508         if (order >= pageblock_order - 1) {
3509                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3510                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3511                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3512                         /*
3513                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3514                          * with others)
3515                          */
3516                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3517                                 set_pageblock_migratetype(page,
3518                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3519                 }
3520         }
3521
3522
3523         return 1UL << order;
3524 }
3525
3526 /**
3527  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3528  * @page: Page that was isolated
3529  * @order: Order of the isolated page
3530  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3531  *
3532  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3533  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3534  */
3535 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3536 {
3537         struct zone *zone = page_zone(page);
3538
3539         /* zone lock should be held when this function is called */
3540         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3541
3542         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3543         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3544                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3545 }
3546
3547 /*
3548  * Update NUMA hit/miss statistics
3549  *
3550  * Must be called with interrupts disabled.
3551  */
3552 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3553                                    long nr_account)
3554 {
3555 #ifdef CONFIG_NUMA
3556         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3557
3558         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3559         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3560                 return;
3561
3562         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3563                 local_stat = NUMA_OTHER;
3564
3565         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3566                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3567         else {
3568                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3569                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3570         }
3571         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3572 #endif
3573 }
3574
3575 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3576 static inline
3577 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3578                         int migratetype,
3579                         unsigned int alloc_flags,
3580                         struct per_cpu_pages *pcp,
3581                         struct list_head *list)
3582 {
3583         struct page *page;
3584
3585         do {
3586                 if (list_empty(list)) {
3587                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3588                         int alloced;
3589
3590                         /*
3591                          * Scale batch relative to order if batch implies
3592                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3593                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3594                          * should never store free pages as the pages may
3595                          * belong to arbitrary zones.
3596                          */
3597                         if (batch > 1)
3598                                 batch = max(batch >> order, 2);
3599                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3600                                         batch, list,
3601                                         migratetype, alloc_flags);
3602
3603                         pcp->count += alloced << order;
3604                         if (unlikely(list_empty(list)))
3605                                 return NULL;
3606                 }
3607
3608                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3609                 list_del(&page->lru);
3610                 pcp->count -= 1 << order;
3611         } while (check_new_pcp(page));
3612
3613         return page;
3614 }
3615
3616 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3617 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3618                         struct zone *zone, unsigned int order,
3619                         gfp_t gfp_flags, int migratetype,
3620                         unsigned int alloc_flags)
3621 {
3622         struct per_cpu_pages *pcp;
3623         struct list_head *list;
3624         struct page *page;
3625         unsigned long flags;
3626
3627         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
3628
3629         /*
3630          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3631          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3632          * frees.
3633          */
3634         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
3635         pcp->free_factor >>= 1;
3636         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3637         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3638         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
3639         if (page) {
3640                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3641                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3642         }
3643         return page;
3644 }
3645
3646 /*
3647  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3648  */
3649 static inline
3650 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3651                         struct zone *zone, unsigned int order,
3652                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3653                         int migratetype)
3654 {
3655         unsigned long flags;
3656         struct page *page;
3657
3658         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3659                 /*
3660                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3661                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3662                  */
3663                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3664                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3665                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3666                                         gfp_flags, migratetype, alloc_flags);
3667                         goto out;
3668                 }
3669         }
3670
3671         /*
3672          * We most definitely don't want callers attempting to
3673          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3674          */
3675         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3676         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3677
3678         do {
3679                 page = NULL;
3680                 /*
3681                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3682                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3683                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3684                  * request should skip it.
3685                  */
3686                 if (order > 0 && alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3687                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3688                         if (page)
3689                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3690                 }
3691                 if (!page)
3692                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3693         } while (page && check_new_pages(page, order));
3694         if (!page)
3695                 goto failed;
3696
3697         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3698                                   get_pcppage_migratetype(page));
3699         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3700
3701         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3702         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3703
3704 out:
3705         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3706         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3707                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3708                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3709         }
3710
3711         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3712         return page;
3713
3714 failed:
3715         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3716         return NULL;
3717 }
3718
3719 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3720
3721 static struct {
3722         struct fault_attr attr;
3723
3724         bool ignore_gfp_highmem;
3725         bool ignore_gfp_reclaim;
3726         u32 min_order;
3727 } fail_page_alloc = {
3728         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3729         .ignore_gfp_reclaim = true,
3730         .ignore_gfp_highmem = true,
3731         .min_order = 1,
3732 };
3733
3734 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3735 {
3736         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3737 }
3738 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3739
3740 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3741 {
3742         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3743                 return false;
3744         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3745                 return false;
3746         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3747                 return false;
3748         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3749                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3750                 return false;
3751
3752         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3753 }
3754
3755 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3756
3757 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3758 {
3759         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3760         struct dentry *dir;
3761
3762         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3763                                         &fail_page_alloc.attr);
3764
3765         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3766                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3767         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3768                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3769         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3770
3771         return 0;
3772 }
3773
3774 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3775
3776 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3777
3778 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3779
3780 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3781 {
3782         return false;
3783 }
3784
3785 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3786
3787 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3788 {
3789         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3790 }
3791 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3792
3793 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3794                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3795 {
3796         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3797         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3798
3799         /*
3800          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3801          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3802          * atomic reserve but it avoids a search.
3803          */
3804         if (likely(!alloc_harder))
3805                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3806
3807 #ifdef CONFIG_CMA
3808         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3809         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3810                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3811 #endif
3812
3813         return unusable_free;
3814 }
3815
3816 /*
3817  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3818  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3819  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3820  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3821  */
3822 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3823                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3824                          long free_pages)
3825 {
3826         long min = mark;
3827         int o;
3828         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3829
3830         /* free_pages may go negative - that's OK */
3831         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3832
3833         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3834                 min -= min / 2;
3835
3836         if (unlikely(alloc_harder)) {
3837                 /*
3838                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3839                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3840                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3841                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3842                  */
3843                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3844                         min -= min / 2;
3845                 else
3846                         min -= min / 4;
3847         }
3848
3849         /*
3850          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3851          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3852          * even if a suitable page happened to be free.
3853          */
3854         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3855                 return false;
3856
3857         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3858         if (!order)
3859                 return true;
3860
3861         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3862         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3863                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3864                 int mt;
3865
3866                 if (!area->nr_free)
3867                         continue;
3868
3869                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3870                         if (!free_area_empty(area, mt))
3871                                 return true;
3872                 }
3873
3874 #ifdef CONFIG_CMA
3875                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3876                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3877                         return true;
3878                 }
3879 #endif
3880                 if (alloc_harder && !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC))
3881                         return true;
3882         }
3883         return false;
3884 }
3885
3886 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3887                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3888 {
3889         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3890                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3891 }
3892
3893 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3894                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3895                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3896 {
3897         long free_pages;
3898
3899         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3900
3901         /*
3902          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3903          * need to be calculated.
3904          */
3905         if (!order) {
3906                 long fast_free;
3907
3908                 fast_free = free_pages;
3909                 fast_free -= __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3910                 if (fast_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3911                         return true;
3912         }
3913
3914         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3915                                         free_pages))
3916                 return true;
3917         /*
3918          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
3919          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3920          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3921          * when below the low watermark.
3922          */
3923         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
3924                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3925                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3926                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3927                                         alloc_flags, free_pages);
3928         }
3929
3930         return false;
3931 }
3932
3933 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3934                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3935 {
3936         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3937
3938         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3939                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3940
3941         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3942                                                                 free_pages);
3943 }
3944
3945 #ifdef CONFIG_NUMA
3946 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3947
3948 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3949 {
3950         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3951                                 node_reclaim_distance;
3952 }
3953 #else   /* CONFIG_NUMA */
3954 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3955 {
3956         return true;
3957 }
3958 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3959
3960 /*
3961  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3962  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3963  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3964  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3965  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3966  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3967  */
3968 static inline unsigned int
3969 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3970 {
3971         unsigned int alloc_flags;
3972
3973         /*
3974          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3975          * to save a branch.
3976          */
3977         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3978
3979 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3980         if (!zone)
3981                 return alloc_flags;
3982
3983         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3984                 return alloc_flags;
3985
3986         /*
3987          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3988          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3989          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3990          */
3991         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3992         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3993                 return alloc_flags;
3994
3995         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3996 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3997         return alloc_flags;
3998 }
3999
4000 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4001 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4002                                                   unsigned int alloc_flags)
4003 {
4004 #ifdef CONFIG_CMA
4005         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4006                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4007 #endif
4008         return alloc_flags;
4009 }
4010
4011 /*
4012  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4013  * a page.
4014  */
4015 static struct page *
4016 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4017                                                 const struct alloc_context *ac)
4018 {
4019         struct zoneref *z;
4020         struct zone *zone;
4021         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
4022         bool no_fallback;
4023
4024 retry:
4025         /*
4026          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4027          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
4028          */
4029         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4030         z = ac->preferred_zoneref;
4031         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4032                                         ac->nodemask) {
4033                 struct page *page;
4034                 unsigned long mark;
4035
4036                 if (cpusets_enabled() &&
4037                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4038                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4039                                 continue;
4040                 /*
4041                  * When allocating a page cache page for writing, we
4042                  * want to get it from a node that is within its dirty
4043                  * limit, such that no single node holds more than its
4044                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4045                  * The dirty limits take into account the node's
4046                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4047                  * should be able to balance it without having to
4048                  * write pages from its LRU list.
4049                  *
4050                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4051                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4052                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4053                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4054                  * nodes are together not big enough to reach the
4055                  * global limit.  The proper fix for these situations
4056                  * will require awareness of nodes in the
4057                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4058                  */
4059                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4060                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
4061                                 continue;
4062
4063                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
4064                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
4065                                 continue;
4066                         }
4067                 }
4068
4069                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4070                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4071                         int local_nid;
4072
4073                         /*
4074                          * If moving to a remote node, retry but allow
4075                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4076                          * than fragmentation avoidance.
4077                          */
4078                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4079                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4080                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4081                                 goto retry;
4082                         }
4083                 }
4084
4085                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4086                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4087                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4088                                        gfp_mask)) {
4089                         int ret;
4090
4091 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4092                         /*
4093                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4094                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4095                          */
4096                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4097                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4098                                         goto try_this_zone;
4099                         }
4100 #endif
4101                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4102                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4103                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4104                                 goto try_this_zone;
4105
4106                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4107                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4108                                 continue;
4109
4110                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4111                         switch (ret) {
4112                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4113                                 /* did not scan */
4114                                 continue;
4115                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4116                                 /* scanned but unreclaimable */
4117                                 continue;
4118                         default:
4119                                 /* did we reclaim enough */
4120                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4121                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4122                                         goto try_this_zone;
4123
4124                                 continue;
4125                         }
4126                 }
4127
4128 try_this_zone:
4129                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4130                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4131                 if (page) {
4132                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4133
4134                         /*
4135                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4136                          * if the pageblock should be reserved for the future
4137                          */
4138                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
4139                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4140
4141                         return page;
4142                 } else {
4143 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4144                         /* Try again if zone has deferred pages */
4145                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4146                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4147                                         goto try_this_zone;
4148                         }
4149 #endif
4150                 }
4151         }
4152
4153         /*
4154          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4155          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4156          */
4157         if (no_fallback) {
4158                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4159                 goto retry;
4160         }
4161
4162         return NULL;
4163 }
4164
4165 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4166 {
4167         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4168
4169         /*
4170          * This documents exceptions given to allocations in certain
4171          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4172          * of allowed nodes.
4173          */
4174         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4175                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4176                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4177                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4178         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4179                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4180
4181         show_mem(filter, nodemask);
4182 }
4183
4184 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4185 {
4186         struct va_format vaf;
4187         va_list args;
4188         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4189
4190         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4191              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4192              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4193                 return;
4194
4195         va_start(args, fmt);
4196         vaf.fmt = fmt;
4197         vaf.va = &args;
4198         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4199                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4200                         nodemask_pr_args(nodemask));
4201         va_end(args);
4202
4203         cpuset_print_current_mems_allowed();
4204         pr_cont("\n");
4205         dump_stack();
4206         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4207 }
4208
4209 static inline struct page *
4210 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4211                               unsigned int alloc_flags,
4212                               const struct alloc_context *ac)
4213 {
4214         struct page *page;
4215
4216         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4217                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4218         /*
4219          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4220          * are depleted
4221          */
4222         if (!page)
4223                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4224                                 alloc_flags, ac);
4225
4226         return page;
4227 }
4228
4229 static inline struct page *
4230 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4231         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4232 {
4233         struct oom_control oc = {
4234                 .zonelist = ac->zonelist,
4235                 .nodemask = ac->nodemask,
4236                 .memcg = NULL,
4237                 .gfp_mask = gfp_mask,
4238                 .order = order,
4239         };
4240         struct page *page;
4241
4242         *did_some_progress = 0;
4243
4244         /*
4245          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4246          * making progress for us.
4247          */
4248         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4249                 *did_some_progress = 1;
4250                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4251                 return NULL;
4252         }
4253
4254         /*
4255          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4256          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4257          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4258          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4259          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4260          */
4261         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4262                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4263                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4264         if (page)
4265                 goto out;
4266
4267         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4268         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4269                 goto out;
4270         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4271         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4272                 goto out;
4273         /*
4274          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4275          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4276          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4277          * fallback than shooting a random task.
4278          *
4279          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4280          */
4281         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4282                 goto out;
4283         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4284         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4285                 goto out;
4286         if (pm_suspended_storage())
4287                 goto out;
4288         /*
4289          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4290          * other request to make a forward progress.
4291          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4292          * do much for this context but let's try it to at least get
4293          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4294          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4295          * failures more gracefully we should just bail out here.
4296          */
4297
4298         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4299         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
4300                 *did_some_progress = 1;
4301
4302                 /*
4303                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4304                  * reserves
4305                  */
4306                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4307                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4308                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4309         }
4310 out:
4311         mutex_unlock(&oom_lock);
4312         return page;
4313 }
4314
4315 /*
4316  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4317  * killer is consider as the only way to move forward.
4318  */
4319 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4320
4321 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4322 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4323 static struct page *
4324 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4325                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4326                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4327 {
4328         struct page *page = NULL;
4329         unsigned long pflags;
4330         unsigned int noreclaim_flag;
4331
4332         if (!order)
4333                 return NULL;
4334
4335         psi_memstall_enter(&pflags);
4336         delayacct_compact_start();
4337         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4338
4339         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4340                                                                 prio, &page);
4341
4342         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4343         psi_memstall_leave(&pflags);
4344         delayacct_compact_end();
4345
4346         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4347                 return NULL;
4348         /*
4349          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4350          * count a compaction stall
4351          */
4352         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4353
4354         /* Prep a captured page if available */
4355         if (page)
4356                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4357
4358         /* Try get a page from the freelist if available */
4359         if (!page)
4360                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4361
4362         if (page) {
4363                 struct zone *zone = page_zone(page);
4364
4365                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4366                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4367                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4368                 return page;
4369         }
4370
4371         /*
4372          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4373          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4374          */
4375         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4376
4377         cond_resched();
4378
4379         return NULL;
4380 }
4381
4382 static inline bool
4383 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4384                      enum compact_result compact_result,
4385                      enum compact_priority *compact_priority,
4386                      int *compaction_retries)
4387 {
4388         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4389         int min_priority;
4390         bool ret = false;
4391         int retries = *compaction_retries;
4392         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4393
4394         if (!order)
4395                 return false;
4396
4397         if (fatal_signal_pending(current))
4398                 return false;
4399
4400         if (compaction_made_progress(compact_result))
4401                 (*compaction_retries)++;
4402
4403         /*
4404          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4405          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4406          * failure could be caused by insufficient priority
4407          */
4408         if (compaction_failed(compact_result))
4409                 goto check_priority;
4410
4411         /*
4412          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4413          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4414          */
4415         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4416                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4417                 goto out;
4418         }
4419
4420         /*
4421          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4422          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4423          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4424          * we don't just keep bailing out endlessly.
4425          */
4426         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4427                 goto check_priority;
4428         }
4429
4430         /*
4431          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4432          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4433          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4434          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4435          * would need much more detailed feedback from compaction to
4436          * make a better decision.
4437          */
4438         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4439                 max_retries /= 4;
4440         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4441                 ret = true;
4442                 goto out;
4443         }
4444
4445         /*
4446          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4447          * all retries or failed at the lower priorities.
4448          */
4449 check_priority:
4450         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4451                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4452
4453         if (*compact_priority > min_priority) {
4454                 (*compact_priority)--;
4455                 *compaction_retries = 0;
4456                 ret = true;
4457         }
4458 out:
4459         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4460         return ret;
4461 }
4462 #else
4463 static inline struct page *
4464 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4465                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4466                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4467 {
4468         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4469         return NULL;
4470 }
4471
4472 static inline bool
4473 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4474                      enum compact_result compact_result,
4475                      enum compact_priority *compact_priority,
4476                      int *compaction_retries)
4477 {
4478         struct zone *zone;
4479         struct zoneref *z;
4480
4481         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4482                 return false;
4483
4484         /*
4485          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4486          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4487          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4488          * watermarks are OK.
4489          */
4490         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4491                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4492                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4493                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4494                         return true;
4495         }
4496         return false;
4497 }
4498 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4499
4500 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4501 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4502         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4503
4504 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4505 {
4506         /* no reclaim without waiting on it */
4507         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4508                 return false;
4509
4510         /* this guy won't enter reclaim */
4511         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4512                 return false;
4513
4514         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4515                 return false;
4516
4517         return true;
4518 }
4519
4520 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4521 {
4522         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4523 }
4524
4525 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4526 {
4527         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4528 }
4529
4530 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4531 {
4532         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4533
4534         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4535                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4536                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4537
4538 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4539                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4540                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4541 #endif
4542
4543         }
4544 }
4545 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4546
4547 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4548 {
4549         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4550
4551         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4552                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4553                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4554         }
4555 }
4556 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4557 #endif
4558
4559 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4560 static unsigned long
4561 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4562                                         const struct alloc_context *ac)
4563 {
4564         unsigned int noreclaim_flag;
4565         unsigned long pflags, progress;
4566
4567         cond_resched();
4568
4569         /* We now go into synchronous reclaim */
4570         cpuset_memory_pressure_bump();
4571         psi_memstall_enter(&pflags);
4572         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4573         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4574
4575         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4576                                                                 ac->nodemask);
4577
4578         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4579         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4580         psi_memstall_leave(&pflags);
4581
4582         cond_resched();
4583
4584         return progress;
4585 }
4586
4587 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4588 static inline struct page *
4589 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4590                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4591                 unsigned long *did_some_progress)
4592 {
4593         struct page *page = NULL;
4594         bool drained = false;
4595
4596         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4597         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4598                 return NULL;
4599
4600 retry:
4601         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4602
4603         /*
4604          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4605          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4606          * Shrink them and try again
4607          */
4608         if (!page && !drained) {
4609                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4610                 drain_all_pages(NULL);
4611                 drained = true;
4612                 goto retry;
4613         }
4614
4615         return page;
4616 }
4617
4618 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4619                              const struct alloc_context *ac)
4620 {
4621         struct zoneref *z;
4622         struct zone *zone;
4623         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4624         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4625
4626         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4627                                         ac->nodemask) {
4628                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4629                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4630                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4631         }
4632 }
4633
4634 static inline unsigned int
4635 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4636 {
4637         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4638
4639         /*
4640          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH
4641          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4642          * to save two branches.
4643          */
4644         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4645         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4646
4647         /*
4648          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4649          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4650          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4651          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4652          */
4653         alloc_flags |= (__force int)
4654                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4655
4656         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4657                 /*
4658                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4659                  * if it can't schedule.
4660                  */
4661                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4662                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4663                 /*
4664                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4665                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4666                  */
4667                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4668         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4669                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4670
4671         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4672
4673         return alloc_flags;
4674 }
4675
4676 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4677 {
4678         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4679                 return false;
4680
4681         /*
4682          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4683          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4684          */
4685         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4686                 return false;
4687
4688         return true;
4689 }
4690
4691 /*
4692  * Distinguish requests which really need access to full memory
4693  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4694  */
4695 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4696 {
4697         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4698                 return 0;
4699         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4700                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4701         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4702                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4703         if (!in_interrupt()) {
4704                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4705                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4706                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4707                         return ALLOC_OOM;
4708         }
4709
4710         return 0;
4711 }
4712
4713 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4714 {
4715         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4716 }
4717
4718 /*
4719  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4720  * for the given allocation request.
4721  *
4722  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4723  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4724  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4725  *
4726  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4727  */
4728 static inline bool
4729 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4730                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4731                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4732 {
4733         struct zone *zone;
4734         struct zoneref *z;
4735         bool ret = false;
4736
4737         /*
4738          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4739          * their order will become available due to high fragmentation so
4740          * always increment the no progress counter for them
4741          */
4742         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4743                 *no_progress_loops = 0;
4744         else
4745                 (*no_progress_loops)++;
4746
4747         /*
4748          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4749          * several times in the row.
4750          */
4751         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4752                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4753                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4754         }
4755
4756         /*
4757          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4758          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4759          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4760          * screwed and have to go OOM.
4761          */
4762         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4763                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4764                 unsigned long available;
4765                 unsigned long reclaimable;
4766                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4767                 bool wmark;
4768
4769                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4770                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4771
4772                 /*
4773                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4774                  * reclaimable pages?
4775                  */
4776                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4777                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4778                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4779                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4780                 if (wmark) {
4781                         ret = true;
4782                         break;
4783                 }
4784         }
4785
4786         /*
4787          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4788          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4789          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4790          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4791          * here rather than calling cond_resched().
4792          */
4793         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4794                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4795         else
4796                 cond_resched();
4797         return ret;
4798 }
4799
4800 static inline bool
4801 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4802 {
4803         /*
4804          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4805          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4806          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4807          * such a way the check therein was true, and then it became false
4808          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4809          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4810          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4811          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4812          * caller can deal with a violated nodemask.
4813          */
4814         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4815                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4816                 ac->nodemask = NULL;
4817                 return true;
4818         }
4819
4820         /*
4821          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4822          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4823          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4824          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4825          * retry.
4826          */
4827         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4828                 return true;
4829
4830         return false;
4831 }
4832
4833 static inline struct page *
4834 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4835                                                 struct alloc_context *ac)
4836 {
4837         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4838         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4839         struct page *page = NULL;
4840         unsigned int alloc_flags;
4841         unsigned long did_some_progress;
4842         enum compact_priority compact_priority;
4843         enum compact_result compact_result;
4844         int compaction_retries;
4845         int no_progress_loops;
4846         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4847         int reserve_flags;
4848
4849         /*
4850          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4851          * callers that are not in atomic context.
4852          */
4853         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4854                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4855                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4856
4857 retry_cpuset:
4858         compaction_retries = 0;
4859         no_progress_loops = 0;
4860         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4861         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4862
4863         /*
4864          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4865          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4866          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4867          */
4868         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4869
4870         /*
4871          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4872          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4873          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4874          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4875          */
4876         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4877                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4878         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4879                 goto nopage;
4880
4881         /*
4882          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4883          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4884          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4885          */
4886         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4887                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4888                                         ac->highest_zoneidx,
4889                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4890                 if (!z->zone)
4891                         goto nopage;
4892         }
4893
4894         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4895                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4896
4897         /*
4898          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4899          * that first
4900          */
4901         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4902         if (page)
4903                 goto got_pg;
4904
4905         /*
4906          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4907          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4908          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4909          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4910          * same migratetype.
4911          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4912          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4913          */
4914         if (can_direct_reclaim &&
4915                         (costly_order ||
4916                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4917                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4918                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4919                                                 alloc_flags, ac,
4920                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4921                                                 &compact_result);
4922                 if (page)
4923                         goto got_pg;
4924
4925                 /*
4926                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4927                  * includes some THP page fault allocations
4928                  */
4929                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4930                         /*
4931                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4932                          * failed because all zones are below low watermarks
4933                          * or is prohibited because it recently failed at this
4934                          * order, fail immediately unless the allocator has
4935                          * requested compaction and reclaim retry.
4936                          *
4937                          * Reclaim is
4938                          *  - potentially very expensive because zones are far
4939                          *    below their low watermarks or this is part of very
4940                          *    bursty high order allocations,
4941                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4942                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4943                          *    linear scan, and
4944                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4945                          *    own.
4946                          */
4947                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4948                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4949                                 goto nopage;
4950
4951                         /*
4952                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4953                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4954                          * using async compaction.
4955                          */
4956                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4957                 }
4958         }
4959
4960 retry:
4961         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4962         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4963                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4964
4965         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4966         if (reserve_flags)
4967                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags);
4968
4969         /*
4970          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4971          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4972          * user oriented.
4973          */
4974         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4975                 ac->nodemask = NULL;
4976                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4977                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4978         }
4979
4980         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4981         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4982         if (page)
4983                 goto got_pg;
4984
4985         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4986         if (!can_direct_reclaim)
4987                 goto nopage;
4988
4989         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4990         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4991                 goto nopage;
4992
4993         /* Try direct reclaim and then allocating */
4994         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4995                                                         &did_some_progress);
4996         if (page)
4997                 goto got_pg;
4998
4999         /* Try direct compaction and then allocating */
5000         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5001                                         compact_priority, &compact_result);
5002         if (page)
5003                 goto got_pg;
5004
5005         /* Do not loop if specifically requested */
5006         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5007                 goto nopage;
5008
5009         /*
5010          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5011          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5012          */
5013         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5014                 goto nopage;
5015
5016         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5017                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5018                 goto retry;
5019
5020         /*
5021          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5022          * reclaim is not able to make any progress because the current
5023          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5024          * of free memory (see __compaction_suitable)
5025          */
5026         if (did_some_progress > 0 &&
5027                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5028                                 compact_result, &compact_priority,
5029                                 &compaction_retries))
5030                 goto retry;
5031
5032
5033         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
5034         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5035                 goto retry_cpuset;
5036
5037         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5038         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5039         if (page)
5040                 goto got_pg;
5041
5042         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5043         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5044             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5045              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5046                 goto nopage;
5047
5048         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5049         if (did_some_progress) {
5050                 no_progress_loops = 0;
5051                 goto retry;
5052         }
5053
5054 nopage:
5055         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
5056         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
5057                 goto retry_cpuset;
5058
5059         /*
5060          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5061          * we always retry
5062          */
5063         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5064                 /*
5065                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5066                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5067                  */
5068                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
5069                         goto fail;
5070
5071                 /*
5072                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5073                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5074                  * for somebody to do a work for us
5075                  */
5076                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
5077
5078                 /*
5079                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5080                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5081                  * so that we can identify them and convert them to something
5082                  * else.
5083                  */
5084                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
5085
5086                 /*
5087                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5088                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5089                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5090                  * the situation worse
5091                  */
5092                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5093                 if (page)
5094                         goto got_pg;
5095
5096                 cond_resched();
5097                 goto retry;
5098         }
5099 fail:
5100         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5101                         "page allocation failure: order:%u", order);
5102 got_pg:
5103         return page;
5104 }
5105
5106 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5107                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5108                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5109                 unsigned int *alloc_flags)
5110 {
5111         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5112         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5113         ac->nodemask = nodemask;
5114         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5115
5116         if (cpusets_enabled()) {
5117                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5118                 /*
5119                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5120                  * to the current task context. It means that any node ok.
5121                  */
5122                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5123                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5124                 else
5125                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5126         }
5127
5128         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
5129         fs_reclaim_release(gfp_mask);
5130
5131         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
5132
5133         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5134                 return false;
5135
5136         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5137
5138         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5139         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5140
5141         /*
5142          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5143          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5144          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5145          */
5146         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5147                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5148
5149         return true;
5150 }
5151
5152 /*
5153  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5154  * @gfp: GFP flags for the allocation
5155  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5156  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5157  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5158  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5159  * @page_array: Optional array to store the pages
5160  *
5161  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5162  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5163  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5164  *
5165  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5166  *
5167  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5168  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5169  *
5170  * Returns the number of pages on the list or array.
5171  */
5172 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5173                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5174                         struct list_head *page_list,
5175                         struct page **page_array)
5176 {
5177         struct page *page;
5178         unsigned long flags;
5179         struct zone *zone;
5180         struct zoneref *z;
5181         struct per_cpu_pages *pcp;
5182         struct list_head *pcp_list;
5183         struct alloc_context ac;
5184         gfp_t alloc_gfp;
5185         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5186         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5187
5188         /*
5189          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5190          * to be allocated before disabling IRQs.
5191          */
5192         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5193                 nr_populated++;
5194
5195         /* No pages requested? */
5196         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5197                 goto out;
5198
5199         /* Already populated array? */
5200         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5201                 goto out;
5202
5203         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5204         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5205                 goto failed;
5206
5207         /* Use the single page allocator for one page. */
5208         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5209                 goto failed;
5210
5211 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5212         /*
5213          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5214          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5215          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5216          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5217          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5218          */
5219         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5220                 goto failed;
5221 #endif
5222
5223         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5224         gfp &= gfp_allowed_mask;
5225         alloc_gfp = gfp;
5226         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5227                 goto out;
5228         gfp = alloc_gfp;
5229
5230         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5231         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5232                 unsigned long mark;
5233
5234                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5235                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5236                         continue;
5237                 }
5238
5239                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5240                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5241                         goto failed;
5242                 }
5243
5244                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5245                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5246                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5247                                 alloc_flags, gfp)) {
5248                         break;
5249                 }
5250         }
5251
5252         /*
5253          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5254          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5255          */
5256         if (unlikely(!zone))
5257                 goto failed;
5258
5259         /* Attempt the batch allocation */
5260         local_lock_irqsave(&pagesets.lock, flags);
5261         pcp = this_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset);
5262         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5263
5264         while (nr_populated < nr_pages) {
5265
5266                 /* Skip existing pages */
5267                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5268                         nr_populated++;
5269                         continue;
5270                 }
5271
5272                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5273                                                                 pcp, pcp_list);
5274                 if (unlikely(!page)) {
5275                         /* Try and get at least one page */
5276                         if (!nr_populated)
5277                                 goto failed_irq;
5278                         break;
5279                 }
5280                 nr_account++;
5281
5282                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5283                 if (page_list)
5284                         list_add(&page->lru, page_list);
5285                 else
5286                         page_array[nr_populated] = page;
5287                 nr_populated++;
5288         }
5289
5290         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5291
5292         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5293         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5294
5295 out:
5296         return nr_populated;
5297
5298 failed_irq:
5299         local_unlock_irqrestore(&pagesets.lock, flags);
5300
5301 failed:
5302         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5303         if (page) {
5304                 if (page_list)
5305                         list_add(&page->lru, page_list);
5306                 else
5307                         page_array[nr_populated] = page;
5308                 nr_populated++;
5309         }
5310
5311         goto out;
5312 }
5313 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5314
5315 /*
5316  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5317  */
5318 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5319                                                         nodemask_t *nodemask)
5320 {
5321         struct page *page;
5322         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5323         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5324         struct alloc_context ac = { };
5325
5326         /*
5327          * There are several places where we assume that the order value is sane
5328          * so bail out early if the request is out of bound.
5329          */
5330         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
5331                 WARN_ON_ONCE(!(gfp & __GFP_NOWARN));
5332                 return NULL;
5333         }
5334
5335         gfp &= gfp_allowed_mask;
5336         /*
5337          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5338          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5339          * from a particular context which has been marked by
5340          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5341          * movable zones are not used during allocation.
5342          */
5343         gfp = current_gfp_context(gfp);
5344         alloc_gfp = gfp;
5345         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5346                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5347                 return NULL;
5348
5349         /*
5350          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5351          * memory until all local zones are considered.
5352          */
5353         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5354
5355         /* First allocation attempt */
5356         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5357         if (likely(page))
5358                 goto out;
5359
5360         alloc_gfp = gfp;
5361         ac.spread_dirty_pages = false;
5362
5363         /*
5364          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5365          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5366          */
5367         ac.nodemask = nodemask;
5368
5369         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5370
5371 out:
5372         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5373             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5374                 __free_pages(page, order);
5375                 page = NULL;
5376         }
5377
5378         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5379
5380         return page;
5381 }
5382 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5383
5384 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5385                 nodemask_t *nodemask)
5386 {
5387         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5388                         preferred_nid, nodemask);
5389
5390         if (page && order > 1)
5391                 prep_transhuge_page(page);
5392         return (struct folio *)page;
5393 }
5394 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5395
5396 /*
5397  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5398  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5399  * you need to access high mem.
5400  */
5401 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5402 {
5403         struct page *page;
5404
5405         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5406         if (!page)
5407                 return 0;
5408         return (unsigned long) page_address(page);
5409 }
5410 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5411
5412 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5413 {
5414         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5415 }
5416 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5417
5418 /**
5419  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5420  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5421  * @order: The order of the allocation.
5422  *
5423  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5424  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5425  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5426  * than was allocated will probably emit a warning.
5427  *
5428  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5429  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5430  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5431  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5432  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5433  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5434  *
5435  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5436  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5437  */
5438 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5439 {
5440         if (put_page_testzero(page))
5441                 free_the_page(page, order);
5442         else if (!PageHead(page))
5443                 while (order-- > 0)
5444                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5445 }
5446 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5447
5448 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5449 {
5450         if (addr != 0) {
5451                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5452                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5453         }
5454 }
5455
5456 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5457
5458 /*
5459  * Page Fragment:
5460  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5461  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5462  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5463  *
5464  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5465  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5466  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5467  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5468  */
5469 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5470                                              gfp_t gfp_mask)
5471 {
5472         struct page *page = NULL;
5473         gfp_t gfp = gfp_mask;
5474
5475 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5476         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5477                     __GFP_NOMEMALLOC;
5478         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5479                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5480         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5481 #endif
5482         if (unlikely(!page))
5483                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5484
5485         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5486
5487         return page;
5488 }
5489
5490 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5491 {
5492         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5493
5494         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5495                 free_the_page(page, compound_order(page));
5496 }
5497 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5498
5499 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5500                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5501                       unsigned int align_mask)
5502 {
5503         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5504         struct page *page;
5505         int offset;
5506
5507         if (unlikely(!nc->va)) {
5508 refill:
5509                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5510                 if (!page)
5511                         return NULL;
5512
5513 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5514                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5515                 size = nc->size;
5516 #endif
5517                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5518                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5519                  */
5520                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5521
5522                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5523                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5524                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5525                 nc->offset = size;
5526         }
5527
5528         offset = nc->offset - fragsz;
5529         if (unlikely(offset < 0)) {
5530                 page = virt_to_page(nc->va);
5531
5532                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5533                         goto refill;
5534
5535                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5536                         free_the_page(page, compound_order(page));
5537                         goto refill;
5538                 }
5539
5540 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5541                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5542                 size = nc->size;
5543 #endif
5544                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5545                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5546
5547                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5548                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5549                 offset = size - fragsz;
5550         }
5551
5552         nc->pagecnt_bias--;
5553         offset &= align_mask;
5554         nc->offset = offset;
5555
5556         return nc->va + offset;
5557 }
5558 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5559
5560 /*
5561  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5562  */
5563 void page_frag_free(void *addr)
5564 {
5565         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5566
5567         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5568                 free_the_page(page, compound_order(page));
5569 }
5570 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5571
5572 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5573                 size_t size)
5574 {
5575         if (addr) {
5576                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
5577                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
5578
5579                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
5580                 while (used < alloc_end) {
5581                         free_page(used);
5582                         used += PAGE_SIZE;
5583                 }
5584         }
5585         return (void *)addr;
5586 }
5587
5588 /**
5589  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5590  * @size: the number of bytes to allocate
5591  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5592  *
5593  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5594  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5595  * allocate memory in power-of-two pages.
5596  *
5597  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5598  *
5599  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5600  *
5601  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5602  */
5603 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5604 {
5605         unsigned int order = get_order(size);
5606         unsigned long addr;
5607
5608         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5609                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5610
5611         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5612         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5613 }
5614 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5615
5616 /**
5617  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5618  *                         pages on a node.
5619  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5620  * @size: the number of bytes to allocate
5621  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5622  *
5623  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5624  * back.
5625  *
5626  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5627  */
5628 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5629 {
5630         unsigned int order = get_order(size);
5631         struct page *p;
5632
5633         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5634                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5635
5636         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5637         if (!p)
5638                 return NULL;
5639         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5640 }
5641
5642 /**
5643  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5644  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5645  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5646  *
5647  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5648  */
5649 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5650 {
5651         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5652         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5653
5654         while (addr < end) {
5655                 free_page(addr);
5656                 addr += PAGE_SIZE;
5657         }
5658 }
5659 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5660
5661 /**
5662  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5663  * @offset: The zone index of the highest zone
5664  *
5665  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5666  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5667  * zone, the number of pages is calculated as:
5668  *
5669  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5670  *
5671  * Return: number of pages beyond high watermark.
5672  */
5673 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5674 {
5675         struct zoneref *z;
5676         struct zone *zone;
5677
5678         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5679         unsigned long sum = 0;
5680
5681         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5682
5683         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5684                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5685                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5686                 if (size > high)
5687                         sum += size - high;
5688         }
5689
5690         return sum;
5691 }
5692
5693 /**
5694  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5695  *
5696  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5697  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5698  *
5699  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5700  * ZONE_NORMAL.
5701  */
5702 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5703 {
5704         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5705 }
5706 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5707
5708 static inline void show_node(struct zone *zone)
5709 {
5710         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5711                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5712 }
5713
5714 long si_mem_available(void)
5715 {
5716         long available;
5717         unsigned long pagecache;
5718         unsigned long wmark_low = 0;
5719         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5720         unsigned long reclaimable;
5721         struct zone *zone;
5722         int lru;
5723
5724         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5725                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5726
5727         for_each_zone(zone)
5728                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5729
5730         /*
5731          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5732          * without causing swapping.
5733          */
5734         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5735
5736         /*
5737          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5738          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5739          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5740          */
5741         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5742         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5743         available += pagecache;
5744
5745         /*
5746          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5747          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5748          * low watermark.
5749          */
5750         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5751                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5752         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5753
5754         if (available < 0)
5755                 available = 0;
5756         return available;
5757 }
5758 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5759
5760 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5761 {
5762         val->totalram = totalram_pages();
5763         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5764         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5765         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5766         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5767         val->freehigh = nr_free_highpages();
5768         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5769 }
5770
5771 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5772
5773 #ifdef CONFIG_NUMA
5774 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5775 {
5776         int zone_type;          /* needs to be signed */
5777         unsigned long managed_pages = 0;
5778         unsigned long managed_highpages = 0;
5779         unsigned long free_highpages = 0;
5780         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5781
5782         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5783                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5784         val->totalram = managed_pages;
5785         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5786         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5787 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5788         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5789                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5790
5791                 if (is_highmem(zone)) {
5792                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5793                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5794                 }
5795         }
5796         val->totalhigh = managed_highpages;
5797         val->freehigh = free_highpages;
5798 #else
5799         val->totalhigh = managed_highpages;
5800         val->freehigh = free_highpages;
5801 #endif
5802         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5803 }
5804 #endif
5805
5806 /*
5807  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5808  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5809  */
5810 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5811 {
5812         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5813                 return false;
5814
5815         /*
5816          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5817          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5818          * have to be precise here.
5819          */
5820         if (!nodemask)
5821                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5822
5823         return !node_isset(nid, *nodemask);
5824 }
5825
5826 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5827
5828 static void show_migration_types(unsigned char type)
5829 {
5830         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5831                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5832                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5833                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5834                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5835 #ifdef CONFIG_CMA
5836                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5837 #endif
5838 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5839                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5840 #endif
5841         };
5842         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5843         char *p = tmp;
5844         int i;
5845
5846         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5847                 if (type & (1 << i))
5848                         *p++ = types[i];
5849         }
5850
5851         *p = '\0';
5852         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5853 }
5854
5855 /*
5856  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5857  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5858  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5859  *
5860  * Bits in @filter:
5861  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5862  *   cpuset.
5863  */
5864 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5865 {
5866         unsigned long free_pcp = 0;
5867         int cpu;
5868         struct zone *zone;
5869         pg_data_t *pgdat;
5870
5871         for_each_populated_zone(zone) {
5872                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5873                         continue;
5874
5875                 for_each_online_cpu(cpu)
5876                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5877         }
5878
5879         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5880                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5881                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5882                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5883                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5884                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5885                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5886                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5887                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5888                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5889                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5890                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5891                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5892                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5893                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5894                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5895                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5896                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5897                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5898                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5899                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5900                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5901                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5902                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5903                 free_pcp,
5904                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5905
5906         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5907                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5908                         continue;
5909
5910                 printk("Node %d"
5911                         " active_anon:%lukB"
5912                         " inactive_anon:%lukB"
5913                         " active_file:%lukB"
5914                         " inactive_file:%lukB"
5915                         " unevictable:%lukB"
5916                         " isolated(anon):%lukB"
5917                         " isolated(file):%lukB"
5918                         " mapped:%lukB"
5919                         " dirty:%lukB"
5920                         " writeback:%lukB"
5921                         " shmem:%lukB"
5922 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5923                         " shmem_thp: %lukB"
5924                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5925                         " anon_thp: %lukB"
5926 #endif
5927                         " writeback_tmp:%lukB"
5928                         " kernel_stack:%lukB"
5929 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5930                         " shadow_call_stack:%lukB"
5931 #endif
5932                         " pagetables:%lukB"
5933                         " all_unreclaimable? %s"
5934                         "\n",
5935                         pgdat->node_id,
5936                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5937                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5938                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5939                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5940                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5941                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5942                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5943                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5944                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5945                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5946                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5947 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5948                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5949                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5950                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5951 #endif
5952                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5953                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5954 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5955                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5956 #endif
5957                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5958                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5959                                 "yes" : "no");
5960         }
5961
5962         for_each_populated_zone(zone) {
5963                 int i;
5964
5965                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5966                         continue;
5967
5968                 free_pcp = 0;
5969                 for_each_online_cpu(cpu)
5970                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5971
5972                 show_node(zone);
5973                 printk(KERN_CONT
5974                         "%s"
5975                         " free:%lukB"
5976                         " boost:%lukB"
5977                         " min:%lukB"
5978                         " low:%lukB"
5979                         " high:%lukB"
5980                         " reserved_highatomic:%luKB"
5981                         " active_anon:%lukB"
5982                         " inactive_anon:%lukB"
5983                         " active_file:%lukB"
5984                         " inactive_file:%lukB"
5985                         " unevictable:%lukB"
5986                         " writepending:%lukB"
5987                         " present:%lukB"
5988                         " managed:%lukB"
5989                         " mlocked:%lukB"
5990                         " bounce:%lukB"
5991                         " free_pcp:%lukB"
5992                         " local_pcp:%ukB"
5993                         " free_cma:%lukB"
5994                         "\n",
5995                         zone->name,
5996                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5997                         K(zone->watermark_boost),
5998                         K(min_wmark_pages(zone)),
5999                         K(low_wmark_pages(zone)),
6000                         K(high_wmark_pages(zone)),
6001                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6002                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6003                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6004                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6005                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6006                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6007                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6008                         K(zone->present_pages),
6009                         K(zone_managed_pages(zone)),
6010                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6011                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6012                         K(free_pcp),
6013                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6014                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6015                 printk("lowmem_reserve[]:");
6016                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6017                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6018                 printk(KERN_CONT "\n");
6019         }
6020
6021         for_each_populated_zone(zone) {
6022                 unsigned int order;
6023                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6024                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6025
6026                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6027                         continue;
6028                 show_node(zone);
6029                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6030
6031                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6032                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6033                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6034                         int type;
6035
6036                         nr[order] = area->nr_free;
6037                         total += nr[order] << order;
6038
6039                         types[order] = 0;
6040                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6041                                 if (!free_area_empty(area, type))
6042                                         types[order] |= 1 << type;
6043                         }
6044                 }
6045                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6046                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6047                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6048                                nr[order], K(1UL) << order);
6049                         if (nr[order])
6050                                 show_migration_types(types[order]);
6051                 }
6052                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6053         }
6054
6055         hugetlb_show_meminfo();
6056
6057         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6058
6059         show_swap_cache_info();
6060 }
6061
6062 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6063 {
6064         zoneref->zone = zone;
6065         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6066 }
6067
6068 /*
6069  * Builds allocation fallback zone lists.
6070  *
6071  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6072  */
6073 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6074 {
6075         struct zone *zone;
6076         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6077         int nr_zones = 0;
6078
6079         do {
6080                 zone_type--;
6081                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6082                 if (managed_zone(zone)) {
6083                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6084                         check_highest_zone(zone_type);
6085                 }
6086         } while (zone_type);
6087
6088         return nr_zones;
6089 }
6090
6091 #ifdef CONFIG_NUMA
6092
6093 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6094 {
6095         /*
6096          * We used to support different zonelists modes but they turned
6097          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6098          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6099          * not fail it silently
6100          */
6101         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6102                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6103                 return -EINVAL;
6104         }
6105         return 0;
6106 }
6107
6108 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6109
6110 /*
6111  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6112  */
6113 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6114                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6115 {
6116         if (write)
6117                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6118         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6119 }
6120
6121
6122 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
6123 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6124
6125 /**
6126  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6127  * @node: node whose fallback list we're appending
6128  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6129  *
6130  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6131  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6132  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6133  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6134  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6135  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6136  * on them otherwise.
6137  *
6138  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6139  */
6140 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6141 {
6142         int n, val;
6143         int min_val = INT_MAX;
6144         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6145
6146         /* Use the local node if we haven't already */
6147         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6148                 node_set(node, *used_node_mask);
6149                 return node;
6150         }
6151
6152         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6153
6154                 /* Don't want a node to appear more than once */
6155                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6156                         continue;
6157
6158                 /* Use the distance array to find the distance */
6159                 val = node_distance(node, n);
6160
6161                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6162                 val += (n < node);
6163
6164                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6165                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6166                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6167
6168                 /* Slight preference for less loaded node */
6169                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
6170                 val += node_load[n];
6171
6172                 if (val < min_val) {
6173                         min_val = val;
6174                         best_node = n;
6175                 }
6176         }
6177
6178         if (best_node >= 0)
6179                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6180
6181         return best_node;
6182 }
6183
6184
6185 /*
6186  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6187  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6188  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6189  */
6190 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6191                 unsigned nr_nodes)
6192 {
6193         struct zoneref *zonerefs;
6194         int i;
6195
6196         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6197
6198         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6199                 int nr_zones;
6200
6201                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6202
6203                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6204                 zonerefs += nr_zones;
6205         }
6206         zonerefs->zone = NULL;
6207         zonerefs->zone_idx = 0;
6208 }
6209
6210 /*
6211  * Build gfp_thisnode zonelists
6212  */
6213 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6214 {
6215         struct zoneref *zonerefs;
6216         int nr_zones;
6217
6218         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6219         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6220         zonerefs += nr_zones;
6221         zonerefs->zone = NULL;
6222         zonerefs->zone_idx = 0;
6223 }
6224
6225 /*
6226  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6227  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6228  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6229  * may still exist in local DMA zone.
6230  */
6231
6232 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6233 {
6234         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6235         int node, load, nr_nodes = 0;
6236         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6237         int local_node, prev_node;
6238
6239         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6240         local_node = pgdat->node_id;
6241         load = nr_online_nodes;
6242         prev_node = local_node;
6243
6244         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6245         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6246                 /*
6247                  * We don't want to pressure a particular node.
6248                  * So adding penalty to the first node in same
6249                  * distance group to make it round-robin.
6250                  */
6251                 if (node_distance(local_node, node) !=
6252                     node_distance(local_node, prev_node))
6253                         node_load[node] += load;
6254
6255                 node_order[nr_nodes++] = node;
6256                 prev_node = node;
6257                 load--;
6258         }
6259
6260         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6261         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6262         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6263         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6264                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6265         pr_cont("\n");
6266 }
6267
6268 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6269 /*
6270  * Return node id of node used for "local" allocations.
6271  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6272  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6273  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6274  */
6275 int local_memory_node(int node)
6276 {
6277         struct zoneref *z;
6278
6279         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6280                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6281                                    NULL);
6282         return zone_to_nid(z->zone);
6283 }
6284 #endif
6285
6286 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6287 static void setup_min_slab_ratio(void);
6288 #else   /* CONFIG_NUMA */
6289
6290 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6291 {
6292         int node, local_node;
6293         struct zoneref *zonerefs;
6294         int nr_zones;
6295
6296         local_node = pgdat->node_id;
6297
6298         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6299         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6300         zonerefs += nr_zones;
6301
6302         /*
6303          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6304          * of all the other nodes.
6305          * We don't want to pressure a particular node, so when
6306          * building the zones for node N, we make sure that the
6307          * zones coming right after the local ones are those from
6308          * node N+1 (modulo N)
6309          */
6310         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6311                 if (!node_online(node))
6312                         continue;
6313                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6314                 zonerefs += nr_zones;
6315         }
6316         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6317                 if (!node_online(node))
6318                         continue;
6319                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6320                 zonerefs += nr_zones;
6321         }
6322
6323         zonerefs->zone = NULL;
6324         zonerefs->zone_idx = 0;
6325 }
6326
6327 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6328
6329 /*
6330  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6331  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6332  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6333  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6334  * with interrupts disabled.
6335  *
6336  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6337  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6338  * hotplugged processors.
6339  *
6340  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6341  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6342  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6343  */
6344 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6345 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6346 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6347 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6348 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6349 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6350 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6351
6352 static void __build_all_zonelists(void *data)
6353 {
6354         int nid;
6355         int __maybe_unused cpu;
6356         pg_data_t *self = data;
6357         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6358
6359         spin_lock(&lock);
6360
6361 #ifdef CONFIG_NUMA
6362         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6363 #endif
6364
6365         /*
6366          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6367          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6368          */
6369         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6370                 build_zonelists(self);
6371         } else {
6372                 for_each_online_node(nid) {
6373                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6374
6375                         build_zonelists(pgdat);
6376                 }
6377
6378 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6379                 /*
6380                  * We now know the "local memory node" for each node--
6381                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6382                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6383                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6384                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6385                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6386                  */
6387                 for_each_online_cpu(cpu)
6388                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6389 #endif
6390         }
6391
6392         spin_unlock(&lock);
6393 }
6394
6395 static noinline void __init
6396 build_all_zonelists_init(void)
6397 {
6398         int cpu;
6399
6400         __build_all_zonelists(NULL);
6401
6402         /*
6403          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6404          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6405          * each zone will be allocated later when the per cpu
6406          * allocator is available.
6407          *
6408          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6409          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6410          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6411          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6412          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6413          * (a chicken-egg dilemma).
6414          */
6415         for_each_possible_cpu(cpu)
6416                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6417
6418         mminit_verify_zonelist();
6419         cpuset_init_current_mems_allowed();
6420 }
6421
6422 /*
6423  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6424  *
6425  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6426  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6427  */
6428 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6429 {
6430         unsigned long vm_total_pages;
6431
6432         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6433                 build_all_zonelists_init();
6434         } else {
6435                 __build_all_zonelists(pgdat);
6436                 /* cpuset refresh routine should be here */
6437         }
6438         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6439         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6440         /*
6441          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6442          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6443          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6444          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6445          * disabled and enable it later
6446          */
6447         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6448                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6449         else
6450                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6451
6452         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6453                 nr_online_nodes,
6454                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6455                 vm_total_pages);
6456 #ifdef CONFIG_NUMA
6457         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6458 #endif
6459 }
6460
6461 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6462 static bool __meminit
6463 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6464 {
6465         static struct memblock_region *r;
6466
6467         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6468                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6469                         for_each_mem_region(r) {
6470                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6471                                         break;
6472                         }
6473                 }
6474                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6475                     memblock_is_mirror(r)) {
6476                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6477                         return true;
6478                 }
6479         }
6480         return false;
6481 }
6482
6483 /*
6484  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6485  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6486  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6487  *
6488  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6489  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6490  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6491  */
6492 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6493                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6494                 enum meminit_context context,
6495                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6496 {
6497         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6498         struct page *page;
6499
6500         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6501                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6502
6503 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6504         /*
6505          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6506          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6507          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6508          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6509          * the hotplug lock.
6510          */
6511         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6512                 if (!altmap)
6513                         return;
6514
6515                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6516                         start_pfn += altmap->reserve;
6517                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6518         }
6519 #endif
6520
6521         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6522                 /*
6523                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6524                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6525                  */
6526                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6527                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6528                                 continue;
6529                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6530                                 break;
6531                 }
6532
6533                 page = pfn_to_page(pfn);
6534                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6535                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6536                         __SetPageReserved(page);
6537
6538                 /*
6539                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6540                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6541                  * over the place during system boot.
6542                  */
6543                 if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6544                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6545                         cond_resched();
6546                 }
6547                 pfn++;
6548         }
6549 }
6550
6551 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6552 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6553                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6554                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6555 {
6556
6557         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6558
6559         /*
6560          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6561          * phase for it to be fully associated with a zone.
6562          *
6563          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6564          * the flag as we are still initializing the pages.
6565          */
6566         __SetPageReserved(page);
6567
6568         /*
6569          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6570          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6571          * ever freed or placed on a driver-private list.
6572          */
6573         page->pgmap = pgmap;
6574         page->zone_device_data = NULL;
6575
6576         /*
6577          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6578          * movable at startup. This will force kernel allocations
6579          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6580          * the address space during boot when many long-lived
6581          * kernel allocations are made.
6582          *
6583          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6584          * because this is done early in section_activate()
6585          */
6586         if (IS_ALIGNED(pfn, pageblock_nr_pages)) {
6587                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6588                 cond_resched();
6589         }
6590 }
6591
6592 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6593                                        unsigned long head_pfn,
6594                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6595                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6596                                        unsigned long nr_pages)
6597 {
6598         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6599         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6600
6601         __SetPageHead(head);
6602         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6603                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6604
6605                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6606                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6607                 set_page_count(page, 0);
6608
6609                 /*
6610                  * The first tail page stores compound_mapcount_ptr() and
6611                  * compound_order() and the second tail page stores
6612                  * compound_pincount_ptr(). Call prep_compound_head() after
6613                  * the first and second tail pages have been initialized to
6614                  * not have the data overwritten.
6615                  */
6616                 if (pfn == head_pfn + 2)
6617                         prep_compound_head(head, order);
6618         }
6619 }
6620
6621 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6622                                    unsigned long start_pfn,
6623                                    unsigned long nr_pages,
6624                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6625 {
6626         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6627         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6628         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6629         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6630         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6631         unsigned long start = jiffies;
6632         int nid = pgdat->node_id;
6633
6634         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx(zone) != ZONE_DEVICE))
6635                 return;
6636
6637         /*
6638          * The call to memmap_init should have already taken care
6639          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6640          * the end of that region and start processing the device pages.
6641          */
6642         if (altmap) {
6643                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6644                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6645         }
6646
6647         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6648                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6649
6650                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6651
6652                 if (pfns_per_compound == 1)
6653                         continue;
6654
6655                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6656                                      pfns_per_compound);
6657         }
6658
6659         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6660                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6661 }
6662
6663 #endif
6664 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6665 {
6666         unsigned int order, t;
6667         for_each_migratetype_order(order, t) {
6668                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6669                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6670         }
6671 }
6672
6673 /*
6674  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6675  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6676  * memmap_init_zone_range().
6677  *
6678  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6679  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6680  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6681  *   arbitrary section size
6682  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6683  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6684  *   nicely with memmap sections
6685  *
6686  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6687  * - PG_Reserved is set
6688  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6689  *   hole is in the middle of a zone
6690  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6691  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6692  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6693  *   section that will be appended to the zone/node below.
6694  */
6695 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6696                                           unsigned long epfn,
6697                                           int zone, int node)
6698 {
6699         unsigned long pfn;
6700         u64 pgcnt = 0;
6701
6702         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6703                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6704                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6705                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6706                         continue;
6707                 }
6708                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6709                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
6710                 pgcnt++;
6711         }
6712
6713         if (pgcnt)
6714                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
6715                         node, zone_names[zone], pgcnt);
6716 }
6717
6718 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
6719                                           unsigned long start_pfn,
6720                                           unsigned long end_pfn,
6721                                           unsigned long *hole_pfn)
6722 {
6723         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6724         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
6725         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
6726
6727         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6728         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6729
6730         if (start_pfn >= end_pfn)
6731                 return;
6732
6733         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
6734                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
6735
6736         if (*hole_pfn < start_pfn)
6737                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
6738
6739         *hole_pfn = end_pfn;
6740 }
6741
6742 static void __init memmap_init(void)
6743 {
6744         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6745         unsigned long hole_pfn = 0;
6746         int i, j, zone_id = 0, nid;
6747
6748         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6749                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
6750
6751                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6752                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
6753
6754                         if (!populated_zone(zone))
6755                                 continue;
6756
6757                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
6758                                                &hole_pfn);
6759                         zone_id = j;
6760                 }
6761         }
6762
6763 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
6764         /*
6765          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
6766          * section_end].
6767          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
6768          * node.
6769          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
6770          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
6771          * for FLATMEM it is a nop anyway
6772          */
6773         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
6774         if (hole_pfn < end_pfn)
6775 #endif
6776                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
6777 }
6778
6779 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
6780                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
6781 {
6782         void *ptr;
6783
6784         if (exact_nid)
6785                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
6786                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6787                                                    nid);
6788         else
6789                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
6790                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
6791                                                  nid);
6792
6793         if (ptr && size > 0)
6794                 page_init_poison(ptr, size);
6795
6796         return ptr;
6797 }
6798
6799 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6800 {
6801 #ifdef CONFIG_MMU
6802         int batch;
6803
6804         /*
6805          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6806          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6807          * size is striking a balance between allocation latency
6808          * and zone lock contention.
6809          */
6810         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, (1024 * 1024) / PAGE_SIZE);
6811         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6812         if (batch < 1)
6813                 batch = 1;
6814
6815         /*
6816          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6817          * of 2 value was found to be more likely to have
6818          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6819          *
6820          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6821          * batches of pages, one task can end up with a lot
6822          * of pages of one half of the possible page colors
6823          * and the other with pages of the other colors.
6824          */
6825         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6826
6827         return batch;
6828
6829 #else
6830         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6831          * conditions.
6832          *
6833          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6834          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6835          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6836          *
6837          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6838          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6839          * can be a significant delay between the individual batches being
6840          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6841          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6842          */
6843         return 0;
6844 #endif
6845 }
6846
6847 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6848 {
6849 #ifdef CONFIG_MMU
6850         int high;
6851         int nr_split_cpus;
6852         unsigned long total_pages;
6853
6854         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6855                 /*
6856                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6857                  * low watermark so that if they are full then background
6858                  * reclaim will not be started prematurely.
6859                  */
6860                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6861         } else {
6862                 /*
6863                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6864                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6865                  * zone.
6866                  */
6867                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6868         }
6869
6870         /*
6871          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6872          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6873          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6874          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6875          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6876          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6877          */
6878         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6879         if (!nr_split_cpus)
6880                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6881         high = total_pages / nr_split_cpus;
6882
6883         /*
6884          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6885          * historical relationship between high and batch.
6886          */
6887         high = max(high, batch << 2);
6888
6889         return high;
6890 #else
6891         return 0;
6892 #endif
6893 }
6894
6895 /*
6896  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6897  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6898  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6899  *
6900  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6901  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6902  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6903  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6904  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6905  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6906  *
6907  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6908  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6909  * exist).
6910  */
6911 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6912                 unsigned long batch)
6913 {
6914         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6915         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6916 }
6917
6918 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6919 {
6920         int pindex;
6921
6922         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6923         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6924
6925         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6926                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6927
6928         /*
6929          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6930          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6931          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6932          * pageset yet.
6933          */
6934         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6935         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6936         pcp->free_factor = 0;
6937 }
6938
6939 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6940                 unsigned long batch)
6941 {
6942         struct per_cpu_pages *pcp;
6943         int cpu;
6944
6945         for_each_possible_cpu(cpu) {
6946                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6947                 pageset_update(pcp, high, batch);
6948         }
6949 }
6950
6951 /*
6952  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6953  * zone based on the zone's size.
6954  */
6955 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6956 {
6957         int new_high, new_batch;
6958
6959         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6960         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6961
6962         if (zone->pageset_high == new_high &&
6963             zone->pageset_batch == new_batch)
6964                 return;
6965
6966         zone->pageset_high = new_high;
6967         zone->pageset_batch = new_batch;
6968
6969         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6970 }
6971
6972 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6973 {
6974         int cpu;
6975
6976         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6977         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6978                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6979
6980         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6981         for_each_possible_cpu(cpu) {
6982                 struct per_cpu_pages *pcp;
6983                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6984
6985                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6986                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6987                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6988         }
6989
6990         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6991 }
6992
6993 /*
6994  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6995  * Before this call only boot pagesets were available.
6996  */
6997 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6998 {
6999         struct pglist_data *pgdat;
7000         struct zone *zone;
7001         int __maybe_unused cpu;
7002
7003         for_each_populated_zone(zone)
7004                 setup_zone_pageset(zone);
7005
7006 #ifdef CONFIG_NUMA
7007         /*
7008          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7009          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7010          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7011          * the nodes these zones are associated with.
7012          */
7013         for_each_possible_cpu(cpu) {
7014                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7015                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7016                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7017         }
7018 #endif
7019
7020         for_each_online_pgdat(pgdat)
7021                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7022                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7023 }
7024
7025 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7026 {
7027         /*
7028          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7029          * relies on the ability of the linker to provide the
7030          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7031          */
7032         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7033         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7034         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7035         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7036
7037         if (populated_zone(zone))
7038                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7039                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7040 }
7041
7042 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7043                                         unsigned long zone_start_pfn,
7044                                         unsigned long size)
7045 {
7046         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7047         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7048
7049         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7050                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7051
7052         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7053
7054         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7055                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7056                         pgdat->node_id,
7057                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7058                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7059
7060         zone_init_free_lists(zone);
7061         zone->initialized = 1;
7062 }
7063
7064 /**
7065  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7066  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7067  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7068  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7069  *
7070  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7071  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7072  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7073  * PFNs will be 0.
7074  */
7075 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7076                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7077 {
7078         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7079         int i;
7080
7081         *start_pfn = -1UL;
7082         *end_pfn = 0;
7083
7084         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7085                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7086                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7087         }
7088
7089         if (*start_pfn == -1UL)
7090                 *start_pfn = 0;
7091 }
7092
7093 /*
7094  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7095  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7096  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7097  */
7098 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7099 {
7100         int zone_index;
7101         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7102                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7103                         continue;
7104
7105                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7106                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7107                         break;
7108         }
7109
7110         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7111         movable_zone = zone_index;
7112 }
7113
7114 /*
7115  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7116  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7117  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7118  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7119  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7120  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7121  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7122  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7123  */
7124 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7125                                         unsigned long zone_type,
7126                                         unsigned long node_start_pfn,
7127                                         unsigned long node_end_pfn,
7128                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7129                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7130 {
7131         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7132         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7133                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7134                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7135                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7136                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7137                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7138
7139                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7140                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7141                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7142                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7143                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7144
7145                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7146                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7147                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7148         }
7149 }
7150
7151 /*
7152  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7153  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7154  */
7155 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7156                                         unsigned long zone_type,
7157                                         unsigned long node_start_pfn,
7158                                         unsigned long node_end_pfn,
7159                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7160                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7161 {
7162         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7163         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7164         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7165         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7166                 return 0;
7167
7168         /* Get the start and end of the zone */
7169         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7170         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7171         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7172                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7173                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7174
7175         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7176         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7177                 return 0;
7178
7179         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7180         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7181         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7182
7183         /* Return the spanned pages */
7184         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7185 }
7186
7187 /*
7188  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7189  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7190  */
7191 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7192                                 unsigned long range_start_pfn,
7193                                 unsigned long range_end_pfn)
7194 {
7195         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7196         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7197         int i;
7198
7199         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7200                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7201                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7202                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7203         }
7204         return nr_absent;
7205 }
7206
7207 /**
7208  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7209  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7210  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7211  *
7212  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7213  */
7214 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7215                                                         unsigned long end_pfn)
7216 {
7217         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7218 }
7219
7220 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7221 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7222                                         unsigned long zone_type,
7223                                         unsigned long node_start_pfn,
7224                                         unsigned long node_end_pfn)
7225 {
7226         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7227         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7228         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7229         unsigned long nr_absent;
7230
7231         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7232         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7233                 return 0;
7234
7235         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7236         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7237
7238         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7239                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7240                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7241         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7242
7243         /*
7244          * ZONE_MOVABLE handling.
7245          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7246          * and vice versa.
7247          */
7248         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7249                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7250                 struct memblock_region *r;
7251
7252                 for_each_mem_region(r) {
7253                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7254                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7255                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7256                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7257
7258                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7259                             memblock_is_mirror(r))
7260                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7261
7262                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7263                             !memblock_is_mirror(r))
7264                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7265                 }
7266         }
7267
7268         return nr_absent;
7269 }
7270
7271 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7272                                                 unsigned long node_start_pfn,
7273                                                 unsigned long node_end_pfn)
7274 {
7275         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7276         enum zone_type i;
7277
7278         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7279                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7280                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7281                 unsigned long spanned, absent;
7282                 unsigned long size, real_size;
7283
7284                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7285                                                      node_start_pfn,
7286                                                      node_end_pfn,
7287                                                      &zone_start_pfn,
7288                                                      &zone_end_pfn);
7289                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7290                                                    node_start_pfn,
7291                                                    node_end_pfn);
7292
7293                 size = spanned;
7294                 real_size = size - absent;
7295
7296                 if (size)
7297                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7298                 else
7299                         zone->zone_start_pfn = 0;
7300                 zone->spanned_pages = size;
7301                 zone->present_pages = real_size;
7302 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7303                 zone->present_early_pages = real_size;
7304 #endif
7305
7306                 totalpages += size;
7307                 realtotalpages += real_size;
7308         }
7309
7310         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7311         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7312         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7313 }
7314
7315 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7316 /*
7317  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7318  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7319  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7320  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7321  * bytes.
7322  */
7323 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7324 {
7325         unsigned long usemapsize;
7326
7327         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7328         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7329         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7330         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7331         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7332
7333         return usemapsize / 8;
7334 }
7335
7336 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7337 {
7338         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7339                                                zone->spanned_pages);
7340         zone->pageblock_flags = NULL;
7341         if (usemapsize) {
7342                 zone->pageblock_flags =
7343                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7344                                             zone_to_nid(zone));
7345                 if (!zone->pageblock_flags)
7346                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7347                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7348         }
7349 }
7350 #else
7351 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7352 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7353
7354 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7355
7356 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7357 void __init set_pageblock_order(void)
7358 {
7359         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7360
7361         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7362         if (pageblock_order)
7363                 return;
7364
7365         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7366         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7367                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7368
7369         /*
7370          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7371          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7372          * powerpc.
7373          */
7374         pageblock_order = order;
7375 }
7376 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7377
7378 /*
7379  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7380  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7381  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7382  * the kernel config
7383  */
7384 void __init set_pageblock_order(void)
7385 {
7386 }
7387
7388 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7389
7390 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7391                                                 unsigned long present_pages)
7392 {
7393         unsigned long pages = spanned_pages;
7394
7395         /*
7396          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7397          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7398          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7399          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7400          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7401          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7402          */
7403         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7404             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7405                 pages = present_pages;
7406
7407         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7408 }
7409
7410 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7411 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7412 {
7413         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7414
7415         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7416         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7417         ds_queue->split_queue_len = 0;
7418 }
7419 #else
7420 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7421 #endif
7422
7423 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7424 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7425 {
7426         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7427 }
7428 #else
7429 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7430 #endif
7431
7432 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7433 {
7434         int i;
7435
7436         pgdat_resize_init(pgdat);
7437
7438         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7439         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7440
7441         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7442         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7443
7444         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7445                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7446
7447         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7448         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7449 }
7450
7451 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7452                                                         unsigned long remaining_pages)
7453 {
7454         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7455         zone_set_nid(zone, nid);
7456         zone->name = zone_names[idx];
7457         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7458         spin_lock_init(&zone->lock);
7459         zone_seqlock_init(zone);
7460         zone_pcp_init(zone);
7461 }
7462
7463 /*
7464  * Set up the zone data structures
7465  * - init pgdat internals
7466  * - init all zones belonging to this node
7467  *
7468  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7469  */
7470 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7471 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
7472 {
7473         enum zone_type z;
7474         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7475
7476         pgdat_init_internals(pgdat);
7477         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7478                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7479 }
7480 #endif
7481
7482 /*
7483  * Set up the zone data structures:
7484  *   - mark all pages reserved
7485  *   - mark all memory queues empty
7486  *   - clear the memory bitmaps
7487  *
7488  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7489  * NOTE: this function is only called during early init.
7490  */
7491 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7492 {
7493         enum zone_type j;
7494         int nid = pgdat->node_id;
7495
7496         pgdat_init_internals(pgdat);
7497         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7498
7499         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7500                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7501                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7502
7503                 size = zone->spanned_pages;
7504                 freesize = zone->present_pages;
7505
7506                 /*
7507                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7508                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7509                  * and per-cpu initialisations
7510                  */
7511                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7512                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7513                         if (freesize >= memmap_pages) {
7514                                 freesize -= memmap_pages;
7515                                 if (memmap_pages)
7516                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7517                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7518                         } else
7519                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7520                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7521                 }
7522
7523                 /* Account for reserved pages */
7524                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7525                         freesize -= dma_reserve;
7526                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7527                 }
7528
7529                 if (!is_highmem_idx(j))
7530                         nr_kernel_pages += freesize;
7531                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7532                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7533                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7534                 nr_all_pages += freesize;
7535
7536                 /*
7537                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7538                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7539                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7540                  */
7541                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7542
7543                 if (!size)
7544                         continue;
7545
7546                 set_pageblock_order();
7547                 setup_usemap(zone);
7548                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7549         }
7550 }
7551
7552 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7553 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7554 {
7555         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7556         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7557
7558         /* Skip empty nodes */
7559         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7560                 return;
7561
7562         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7563         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7564         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7565         if (!pgdat->node_mem_map) {
7566                 unsigned long size, end;
7567                 struct page *map;
7568
7569                 /*
7570                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7571                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7572                  * for the buddy allocator to function correctly.
7573                  */
7574                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7575                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7576                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7577                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7578                                    pgdat->node_id, false);
7579                 if (!map)
7580                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7581                               size, pgdat->node_id);
7582                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7583         }
7584         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7585                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7586                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7587 #ifndef CONFIG_NUMA
7588         /*
7589          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7590          */
7591         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7592                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7593                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7594                         mem_map -= offset;
7595         }
7596 #endif
7597 }
7598 #else
7599 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7600 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7601
7602 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7603 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7604 {
7605         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7606 }
7607 #else
7608 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7609 #endif
7610
7611 static void __init free_area_init_node(int nid)
7612 {
7613         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7614         unsigned long start_pfn = 0;
7615         unsigned long end_pfn = 0;
7616
7617         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7618         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7619
7620         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7621
7622         pgdat->node_id = nid;
7623         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7624         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7625
7626         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7627                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7628                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7629         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7630
7631         alloc_node_mem_map(pgdat);
7632         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7633
7634         free_area_init_core(pgdat);
7635 }
7636
7637 void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7638 {
7639         free_area_init_node(nid);
7640 }
7641
7642 #if MAX_NUMNODES > 1
7643 /*
7644  * Figure out the number of possible node ids.
7645  */
7646 void __init setup_nr_node_ids(void)
7647 {
7648         unsigned int highest;
7649
7650         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7651         nr_node_ids = highest + 1;
7652 }
7653 #endif
7654
7655 /**
7656  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7657  *
7658  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7659  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7660  * all the nodes.
7661  *
7662  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7663  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7664  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7665  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7666  *
7667  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7668  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7669  * populated node map.
7670  *
7671  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
7672  * requirement (single node).
7673  */
7674 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
7675 {
7676         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
7677         unsigned long start, end, mask;
7678         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
7679         int i, nid;
7680
7681         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
7682                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
7683                         last_nid = nid;
7684                         last_end = end;
7685                         continue;
7686                 }
7687
7688                 /*
7689                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
7690                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
7691                  * too coarse to separate the current node from the last.
7692                  */
7693                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
7694                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
7695                         mask <<= 1;
7696
7697                 /* accumulate all internode masks */
7698                 accl_mask |= mask;
7699         }
7700
7701         /* convert mask to number of pages */
7702         return ~accl_mask + 1;
7703 }
7704
7705 /**
7706  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
7707  *
7708  * Return: the minimum PFN based on information provided via
7709  * memblock_set_node().
7710  */
7711 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
7712 {
7713         return PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
7714 }
7715
7716 /*
7717  * early_calculate_totalpages()
7718  * Sum pages in active regions for movable zone.
7719  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
7720  */
7721 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
7722 {
7723         unsigned long totalpages = 0;
7724         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7725         int i, nid;
7726
7727         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7728                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
7729
7730                 totalpages += pages;
7731                 if (pages)
7732                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7733         }
7734         return totalpages;
7735 }
7736
7737 /*
7738  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7739  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7740  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7741  * others
7742  */
7743 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7744 {
7745         int i, nid;
7746         unsigned long usable_startpfn;
7747         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7748         /* save the state before borrow the nodemask */
7749         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7750         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7751         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7752         struct memblock_region *r;
7753
7754         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7755         find_usable_zone_for_movable();
7756
7757         /*
7758          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7759          * options.
7760          */
7761         if (movable_node_is_enabled()) {
7762                 for_each_mem_region(r) {
7763                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7764                                 continue;
7765
7766                         nid = memblock_get_region_node(r);
7767
7768                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7769                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7770                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7771                                 usable_startpfn;
7772                 }
7773
7774                 goto out2;
7775         }
7776
7777         /*
7778          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7779          */
7780         if (mirrored_kernelcore) {
7781                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7782
7783                 for_each_mem_region(r) {
7784                         if (memblock_is_mirror(r))
7785                                 continue;
7786
7787                         nid = memblock_get_region_node(r);
7788
7789                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7790
7791                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7792                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7793                                 continue;
7794                         }
7795
7796                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7797                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7798                                 usable_startpfn;
7799                 }
7800
7801                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7802                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
7803
7804                 goto out2;
7805         }
7806
7807         /*
7808          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7809          * amount of necessary memory.
7810          */
7811         if (required_kernelcore_percent)
7812                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7813                                        10000UL;
7814         if (required_movablecore_percent)
7815                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7816                                         10000UL;
7817
7818         /*
7819          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7820          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7821          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7822          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7823          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7824          * what movablecore would have allowed.
7825          */
7826         if (required_movablecore) {
7827                 unsigned long corepages;
7828
7829                 /*
7830                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7831                  * was requested by the user
7832                  */
7833                 required_movablecore =
7834                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7835                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7836                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7837
7838                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7839         }
7840
7841         /*
7842          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7843          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7844          */
7845         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7846                 goto out;
7847
7848         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7849         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7850
7851 restart:
7852         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7853         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7854         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7855                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7856
7857                 /*
7858                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7859                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7860                  * amount of memory for the kernel
7861                  */
7862                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7863                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7864
7865                 /*
7866                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7867                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7868                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7869                  */
7870                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7871
7872                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7873                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7874                         unsigned long size_pages;
7875
7876                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7877                         if (start_pfn >= end_pfn)
7878                                 continue;
7879
7880                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7881                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7882                                 unsigned long kernel_pages;
7883                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7884                                                                 - start_pfn;
7885
7886                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7887                                                         kernelcore_remaining);
7888                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7889                                                         required_kernelcore);
7890
7891                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7892                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7893
7894                                         /*
7895                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7896                                          * that if we have to rebalance
7897                                          * kernelcore across nodes, we will
7898                                          * not double account here
7899                                          */
7900                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7901                                         continue;
7902                                 }
7903                                 start_pfn = usable_startpfn;
7904                         }
7905
7906                         /*
7907                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7908                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7909                          * number of pages used as kernelcore
7910                          */
7911                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7912                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7913                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7914                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7915
7916                         /*
7917                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7918                          * break if the kernelcore for this node has been
7919                          * satisfied
7920                          */
7921                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7922                                                                 size_pages);
7923                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7924                         if (!kernelcore_remaining)
7925                                 break;
7926                 }
7927         }
7928
7929         /*
7930          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7931          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7932          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7933          * satisfied
7934          */
7935         usable_nodes--;
7936         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7937                 goto restart;
7938
7939 out2:
7940         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7941         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
7942                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7943
7944                 zone_movable_pfn[nid] =
7945                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7946
7947                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7948                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
7949                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
7950         }
7951
7952 out:
7953         /* restore the node_state */
7954         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7955 }
7956
7957 /* Any regular or high memory on that node ? */
7958 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7959 {
7960         enum zone_type zone_type;
7961
7962         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7963                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7964                 if (populated_zone(zone)) {
7965                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7966                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7967                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7968                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7969                         break;
7970                 }
7971         }
7972 }
7973
7974 /*
7975  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
7976  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
7977  */
7978 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
7979 {
7980         return false;
7981 }
7982
7983 /**
7984  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
7985  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7986  *
7987  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7988  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7989  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7990  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7991  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7992  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7993  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7994  * at arch_max_dma_pfn.
7995  */
7996 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
7997 {
7998         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7999         int i, nid, zone;
8000         bool descending;
8001
8002         /* Record where the zone boundaries are */
8003         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8004                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8005         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8006                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8007
8008         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
8009         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8010
8011         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8012                 if (descending)
8013                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8014                 else
8015                         zone = i;
8016
8017                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8018                         continue;
8019
8020                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8021                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8022                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8023
8024                 start_pfn = end_pfn;
8025         }
8026
8027         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8028         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8029         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8030
8031         /* Print out the zone ranges */
8032         pr_info("Zone ranges:\n");
8033         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8034                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8035                         continue;
8036                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8037                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8038                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8039                         pr_cont("empty\n");
8040                 else
8041                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8042                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8043                                         << PAGE_SHIFT,
8044                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8045                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8046         }
8047
8048         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8049         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8050         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8051                 if (zone_movable_pfn[i])
8052                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8053                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8054         }
8055
8056         /*
8057          * Print out the early node map, and initialize the
8058          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8059          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8060          */
8061         pr_info("Early memory node ranges\n");
8062         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8063                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8064                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8065                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8066                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8067         }
8068
8069         /* Initialise every node */
8070         mminit_verify_pageflags_layout();
8071         setup_nr_node_ids();
8072         for_each_online_node(nid) {
8073                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
8074                 free_area_init_node(nid);
8075
8076                 /* Any memory on that node */
8077                 if (pgdat->node_present_pages)
8078                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8079                 check_for_memory(pgdat, nid);
8080         }
8081
8082         memmap_init();
8083 }
8084
8085 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8086                                      unsigned long *percent)
8087 {
8088         unsigned long long coremem;
8089         char *endptr;
8090
8091         if (!p)
8092                 return -EINVAL;
8093
8094         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8095         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8096         if (*endptr == '%') {
8097                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8098                 WARN_ON(coremem > 100);
8099
8100                 *percent = coremem;
8101         } else {
8102                 coremem = memparse(p, &p);
8103                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8104                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8105
8106                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8107                 *percent = 0UL;
8108         }
8109         return 0;
8110 }
8111
8112 /*
8113  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8114  * cannot be reclaimed or migrated.
8115  */
8116 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8117 {
8118         /* parse kernelcore=mirror */
8119         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8120                 mirrored_kernelcore = true;
8121                 return 0;
8122         }
8123
8124         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8125                                   &required_kernelcore_percent);
8126 }
8127
8128 /*
8129  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8130  * can be reclaimed or migrated.
8131  */
8132 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8133 {
8134         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8135                                   &required_movablecore_percent);
8136 }
8137
8138 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8139 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8140
8141 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8142 {
8143         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8144         totalram_pages_add(count);
8145 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8146         if (PageHighMem(page))
8147                 totalhigh_pages_add(count);
8148 #endif
8149 }
8150 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8151
8152 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8153 {
8154         void *pos;
8155         unsigned long pages = 0;
8156
8157         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8158         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8159         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8160                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8161                 void *direct_map_addr;
8162
8163                 /*
8164                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8165                  * because some architectures' virt_to_page()
8166                  * work with aliases.  Getting the direct map
8167                  * address ensures that we get a _writeable_
8168                  * alias for the memset().
8169                  */
8170                 direct_map_addr = page_address(page);
8171                 /*
8172                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8173                  * has not been initialized.
8174                  */
8175                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8176                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8177                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8178
8179                 free_reserved_page(page);
8180         }
8181
8182         if (pages && s)
8183                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8184
8185         return pages;
8186 }
8187
8188 void __init mem_init_print_info(void)
8189 {
8190         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8191         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8192
8193         physpages = get_num_physpages();
8194         codesize = _etext - _stext;
8195         datasize = _edata - _sdata;
8196         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8197         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8198         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8199         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8200
8201         /*
8202          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8203          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8204          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8205          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8206          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8207          */
8208 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8209         do { \
8210                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8211                         size -= adj; \
8212         } while (0)
8213
8214         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8215                      _sinittext, init_code_size);
8216         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8217         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8218         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8219         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8220
8221 #undef  adj_init_size
8222
8223         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8224 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8225                 ", %luK highmem"
8226 #endif
8227                 ")\n",
8228                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8229                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
8230                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
8231                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8232                 K(totalcma_pages)
8233 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8234                 , K(totalhigh_pages())
8235 #endif
8236                 );
8237 }
8238
8239 /**
8240  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8241  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8242  *
8243  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8244  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8245  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8246  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8247  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8248  * smaller per-cpu batchsize.
8249  */
8250 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8251 {
8252         dma_reserve = new_dma_reserve;
8253 }
8254
8255 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8256 {
8257         struct zone *zone;
8258
8259         lru_add_drain_cpu(cpu);
8260         drain_pages(cpu);
8261
8262         /*
8263          * Spill the event counters of the dead processor
8264          * into the current processors event counters.
8265          * This artificially elevates the count of the current
8266          * processor.
8267          */
8268         vm_events_fold_cpu(cpu);
8269
8270         /*
8271          * Zero the differential counters of the dead processor
8272          * so that the vm statistics are consistent.
8273          *
8274          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8275          * race with what we are doing.
8276          */
8277         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8278
8279         for_each_populated_zone(zone)
8280                 zone_pcp_update(zone, 0);
8281
8282         return 0;
8283 }
8284
8285 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8286 {
8287         struct zone *zone;
8288
8289         for_each_populated_zone(zone)
8290                 zone_pcp_update(zone, 1);
8291         return 0;
8292 }
8293
8294 #ifdef CONFIG_NUMA
8295 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8296
8297 static int __init set_hashdist(char *str)
8298 {
8299         if (!str)
8300                 return 0;
8301         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8302         return 1;
8303 }
8304 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8305 #endif
8306
8307 void __init page_alloc_init(void)
8308 {
8309         int ret;
8310
8311 #ifdef CONFIG_NUMA
8312         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8313                 hashdist = 0;
8314 #endif
8315
8316         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8317                                         "mm/page_alloc:pcp",
8318                                         page_alloc_cpu_online,
8319                                         page_alloc_cpu_dead);
8320         WARN_ON(ret < 0);
8321 }
8322
8323 /*
8324  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8325  *      or min_free_kbytes changes.
8326  */
8327 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8328 {
8329         struct pglist_data *pgdat;
8330         unsigned long reserve_pages = 0;
8331         enum zone_type i, j;
8332
8333         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8334
8335                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8336
8337                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8338                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8339                         long max = 0;
8340                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8341
8342                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8343                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8344                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8345                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8346                         }
8347
8348                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8349                         max += high_wmark_pages(zone);
8350
8351                         if (max > managed_pages)
8352                                 max = managed_pages;
8353
8354                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8355
8356                         reserve_pages += max;
8357                 }
8358         }
8359         totalreserve_pages = reserve_pages;
8360 }
8361
8362 /*
8363  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8364  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8365  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8366  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8367  */
8368 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8369 {
8370         struct pglist_data *pgdat;
8371         enum zone_type i, j;
8372
8373         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8374                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8375                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8376                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8377                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8378                         unsigned long managed_pages = 0;
8379
8380                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8381                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8382
8383                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8384
8385                                 if (clear)
8386                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8387                                 else
8388                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8389                         }
8390                 }
8391         }
8392
8393         /* update totalreserve_pages */
8394         calculate_totalreserve_pages();
8395 }
8396
8397 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8398 {
8399         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8400         unsigned long lowmem_pages = 0;
8401         struct zone *zone;
8402         unsigned long flags;
8403
8404         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8405         for_each_zone(zone) {
8406                 if (!is_highmem(zone))
8407                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8408         }
8409
8410         for_each_zone(zone) {
8411                 u64 tmp;
8412
8413                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8414                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8415                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8416                 if (is_highmem(zone)) {
8417                         /*
8418                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8419                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8420                          * value here.
8421                          *
8422                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8423                          * deltas control async page reclaim, and so should
8424                          * not be capped for highmem.
8425                          */
8426                         unsigned long min_pages;
8427
8428                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8429                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8430                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8431                 } else {
8432                         /*
8433                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8434                          * proportionate to the zone's size.
8435                          */
8436                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8437                 }
8438
8439                 /*
8440                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8441                  * scale factor in proportion to available memory, but
8442                  * ensure a minimum size on small systems.
8443                  */
8444                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8445                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8446                                       watermark_scale_factor, 10000));
8447
8448                 zone->watermark_boost = 0;
8449                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8450                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
8451
8452                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8453         }
8454
8455         /* update totalreserve_pages */
8456         calculate_totalreserve_pages();
8457 }
8458
8459 /**
8460  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8461  * or when memory is hot-{added|removed}
8462  *
8463  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8464  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8465  */
8466 void setup_per_zone_wmarks(void)
8467 {
8468         struct zone *zone;
8469         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8470
8471         spin_lock(&lock);
8472         __setup_per_zone_wmarks();
8473         spin_unlock(&lock);
8474
8475         /*
8476          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8477          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8478          */
8479         for_each_zone(zone)
8480                 zone_pcp_update(zone, 0);
8481 }
8482
8483 /*
8484  * Initialise min_free_kbytes.
8485  *
8486  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8487  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8488  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8489  *
8490  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8491  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8492  *
8493  * which yields
8494  *
8495  * 16MB:        512k
8496  * 32MB:        724k
8497  * 64MB:        1024k
8498  * 128MB:       1448k
8499  * 256MB:       2048k
8500  * 512MB:       2896k
8501  * 1024MB:      4096k
8502  * 2048MB:      5792k
8503  * 4096MB:      8192k
8504  * 8192MB:      11584k
8505  * 16384MB:     16384k
8506  */
8507 void calculate_min_free_kbytes(void)
8508 {
8509         unsigned long lowmem_kbytes;
8510         int new_min_free_kbytes;
8511
8512         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8513         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8514
8515         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8516                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8517         else
8518                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8519                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8520
8521 }
8522
8523 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8524 {
8525         calculate_min_free_kbytes();
8526         setup_per_zone_wmarks();
8527         refresh_zone_stat_thresholds();
8528         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8529
8530 #ifdef CONFIG_NUMA
8531         setup_min_unmapped_ratio();
8532         setup_min_slab_ratio();
8533 #endif
8534
8535         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8536
8537         return 0;
8538 }
8539 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8540
8541 /*
8542  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8543  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8544  *      changes.
8545  */
8546 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8547                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8548 {
8549         int rc;
8550
8551         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8552         if (rc)
8553                 return rc;
8554
8555         if (write) {
8556                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8557                 setup_per_zone_wmarks();
8558         }
8559         return 0;
8560 }
8561
8562 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8563                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8564 {
8565         int rc;
8566
8567         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8568         if (rc)
8569                 return rc;
8570
8571         if (write)
8572                 setup_per_zone_wmarks();
8573
8574         return 0;
8575 }
8576
8577 #ifdef CONFIG_NUMA
8578 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8579 {
8580         pg_data_t *pgdat;
8581         struct zone *zone;
8582
8583         for_each_online_pgdat(pgdat)
8584                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8585
8586         for_each_zone(zone)
8587                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8588                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8589 }
8590
8591
8592 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8593                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8594 {
8595         int rc;
8596
8597         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8598         if (rc)
8599                 return rc;
8600
8601         setup_min_unmapped_ratio();
8602
8603         return 0;
8604 }
8605
8606 static void setup_min_slab_ratio(void)
8607 {
8608         pg_data_t *pgdat;
8609         struct zone *zone;
8610
8611         for_each_online_pgdat(pgdat)
8612                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8613
8614         for_each_zone(zone)
8615                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8616                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8617 }
8618
8619 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8620                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8621 {
8622         int rc;
8623
8624         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8625         if (rc)
8626                 return rc;
8627
8628         setup_min_slab_ratio();
8629
8630         return 0;
8631 }
8632 #endif
8633
8634 /*
8635  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8636  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8637  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8638  *
8639  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8640  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8641  * if in function of the boot time zone sizes.
8642  */
8643 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8644                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8645 {
8646         int i;
8647
8648         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8649
8650         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8651                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
8652                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
8653         }
8654
8655         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8656         return 0;
8657 }
8658
8659 /*
8660  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
8661  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
8662  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
8663  */
8664 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
8665                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8666 {
8667         struct zone *zone;
8668         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
8669         int ret;
8670
8671         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8672         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
8673
8674         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8675         if (!write || ret < 0)
8676                 goto out;
8677
8678         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
8679         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
8680             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
8681                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
8682                 ret = -EINVAL;
8683                 goto out;
8684         }
8685
8686         /* No change? */
8687         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
8688                 goto out;
8689
8690         for_each_populated_zone(zone)
8691                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
8692 out:
8693         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8694         return ret;
8695 }
8696
8697 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
8698 /*
8699  * Returns the number of pages that arch has reserved but
8700  * is not known to alloc_large_system_hash().
8701  */
8702 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
8703 {
8704         return 0;
8705 }
8706 #endif
8707
8708 /*
8709  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
8710  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
8711  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
8712  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
8713  * only doubles, instead of quadrupling as well.
8714  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
8715  * makes sense, it is disabled on such platforms.
8716  */
8717 #if __BITS_PER_LONG > 32
8718 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
8719 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
8720 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
8721 #endif
8722
8723 /*
8724  * allocate a large system hash table from bootmem
8725  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
8726  *   quantity of entries
8727  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
8728  */
8729 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
8730                                      unsigned long bucketsize,
8731                                      unsigned long numentries,
8732                                      int scale,
8733                                      int flags,
8734                                      unsigned int *_hash_shift,
8735                                      unsigned int *_hash_mask,
8736                                      unsigned long low_limit,
8737                                      unsigned long high_limit)
8738 {
8739         unsigned long long max = high_limit;
8740         unsigned long log2qty, size;
8741         void *table = NULL;
8742         gfp_t gfp_flags;
8743         bool virt;
8744         bool huge;
8745
8746         /* allow the kernel cmdline to have a say */
8747         if (!numentries) {
8748                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
8749                 numentries = nr_kernel_pages;
8750                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
8751
8752                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
8753                 if (PAGE_SHIFT < 20)
8754                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8755
8756 #if __BITS_PER_LONG > 32
8757                 if (!high_limit) {
8758                         unsigned long adapt;
8759
8760                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8761                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8762                                 scale++;
8763                 }
8764 #endif
8765
8766                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8767                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8768                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8769                 else
8770                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8771
8772                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8773                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8774                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8775                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8776                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8777                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8778                                 BUG_ON(!numentries);
8779                         }
8780                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8781                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8782         }
8783         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8784
8785         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8786         if (max == 0) {
8787                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8788                 do_div(max, bucketsize);
8789         }
8790         max = min(max, 0x80000000ULL);
8791
8792         if (numentries < low_limit)
8793                 numentries = low_limit;
8794         if (numentries > max)
8795                 numentries = max;
8796
8797         log2qty = ilog2(numentries);
8798
8799         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8800         do {
8801                 virt = false;
8802                 size = bucketsize << log2qty;
8803                 if (flags & HASH_EARLY) {
8804                         if (flags & HASH_ZERO)
8805                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8806                         else
8807                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8808                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8809                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8810                         table = __vmalloc(size, gfp_flags);
8811                         virt = true;
8812                         if (table)
8813                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
8814                 } else {
8815                         /*
8816                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8817                          * some pages at the end of hash table which
8818                          * alloc_pages_exact() automatically does
8819                          */
8820                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8821                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8822                 }
8823         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8824
8825         if (!table)
8826                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8827
8828         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8829                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8830                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
8831
8832         if (_hash_shift)
8833                 *_hash_shift = log2qty;
8834         if (_hash_mask)
8835                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8836
8837         return table;
8838 }
8839
8840 /*
8841  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8842  *
8843  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8844  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8845  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8846  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8847  *
8848  * Returns a page without holding a reference. If the caller wants to
8849  * dereference that page (e.g., dumping), it has to make sure that it
8850  * cannot get removed (e.g., via memory unplug) concurrently.
8851  *
8852  */
8853 struct page *has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page,
8854                                  int migratetype, int flags)
8855 {
8856         unsigned long iter = 0;
8857         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8858         unsigned long offset = pfn % pageblock_nr_pages;
8859
8860         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8861                 /*
8862                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8863                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8864                  * so consider them movable here.
8865                  */
8866                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8867                         return NULL;
8868
8869                 return page;
8870         }
8871
8872         for (; iter < pageblock_nr_pages - offset; iter++) {
8873                 page = pfn_to_page(pfn + iter);
8874
8875                 /*
8876                  * Both, bootmem allocations and memory holes are marked
8877                  * PG_reserved and are unmovable. We can even have unmovable
8878                  * allocations inside ZONE_MOVABLE, for example when
8879                  * specifying "movablecore".
8880                  */
8881                 if (PageReserved(page))
8882                         return page;
8883
8884                 /*
8885                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8886                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8887                  * is movable.
8888                  */
8889                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8890                         continue;
8891
8892                 /*
8893                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8894                  * THPs are on the LRU, but need to be counted as #small pages.
8895                  * We need not scan over tail pages because we don't
8896                  * handle each tail page individually in migration.
8897                  */
8898                 if (PageHuge(page) || PageTransCompound(page)) {
8899                         struct page *head = compound_head(page);
8900                         unsigned int skip_pages;
8901
8902                         if (PageHuge(page)) {
8903                                 if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8904                                         return page;
8905                         } else if (!PageLRU(head) && !__PageMovable(head)) {
8906                                 return page;
8907                         }
8908
8909                         skip_pages = compound_nr(head) - (page - head);
8910                         iter += skip_pages - 1;
8911                         continue;
8912                 }
8913
8914                 /*
8915                  * We can't use page_count without pin a page
8916                  * because another CPU can free compound page.
8917                  * This check already skips compound tails of THP
8918                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8919                  */
8920                 if (!page_ref_count(page)) {
8921                         if (PageBuddy(page))
8922                                 iter += (1 << buddy_order(page)) - 1;
8923                         continue;
8924                 }
8925
8926                 /*
8927                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8928                  * page_count() is not 0.
8929                  */
8930                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageHWPoison(page))
8931                         continue;
8932
8933                 /*
8934                  * We treat all PageOffline() pages as movable when offlining
8935                  * to give drivers a chance to decrement their reference count
8936                  * in MEM_GOING_OFFLINE in order to indicate that these pages
8937                  * can be offlined as there are no direct references anymore.
8938                  * For actually unmovable PageOffline() where the driver does
8939                  * not support this, we will fail later when trying to actually
8940                  * move these pages that still have a reference count > 0.
8941                  * (false negatives in this function only)
8942                  */
8943                 if ((flags & MEMORY_OFFLINE) && PageOffline(page))
8944                         continue;
8945
8946                 if (__PageMovable(page) || PageLRU(page))
8947                         continue;
8948
8949                 /*
8950                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8951                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8952                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8953                  */
8954                 return page;
8955         }
8956         return NULL;
8957 }
8958
8959 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8960 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8961 {
8962         return ALIGN_DOWN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8963 }
8964
8965 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8966 {
8967         return ALIGN(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8968 }
8969
8970 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
8971         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
8972 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
8973 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8974 {
8975         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
8976
8977         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
8978                 struct page *page;
8979
8980                 dump_stack();
8981                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
8982                         dump_page(page, "migration failure");
8983         }
8984 }
8985 #else
8986 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
8987 {
8988 }
8989 #endif
8990
8991 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8992 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8993                                         unsigned long start, unsigned long end)
8994 {
8995         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8996         unsigned int nr_reclaimed;
8997         unsigned long pfn = start;
8998         unsigned int tries = 0;
8999         int ret = 0;
9000         struct migration_target_control mtc = {
9001                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9002                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9003         };
9004
9005         lru_cache_disable();
9006
9007         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9008                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9009                         ret = -EINTR;
9010                         break;
9011                 }
9012
9013                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9014                         cc->nr_migratepages = 0;
9015                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9016                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9017                                 break;
9018                         pfn = cc->migrate_pfn;
9019                         tries = 0;
9020                 } else if (++tries == 5) {
9021                         ret = -EBUSY;
9022                         break;
9023                 }
9024
9025                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9026                                                         &cc->migratepages);
9027                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9028
9029                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9030                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9031
9032                 /*
9033                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9034                  * to retry again over this error, so do the same here.
9035                  */
9036                 if (ret == -ENOMEM)
9037                         break;
9038         }
9039
9040         lru_cache_enable();
9041         if (ret < 0) {
9042                 if (ret == -EBUSY)
9043                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9044                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9045                 return ret;
9046         }
9047         return 0;
9048 }
9049
9050 /**
9051  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9052  * @start:      start PFN to allocate
9053  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9054  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9055  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9056  *                      in range must have the same migratetype and it must
9057  *                      be either of the two.
9058  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9059  *
9060  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
9061  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
9062  *
9063  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9064  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9065  * be modified by others.
9066  *
9067  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9068  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9069  * need to be freed with free_contig_range().
9070  */
9071 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9072                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9073 {
9074         unsigned long outer_start, outer_end;
9075         unsigned int order;
9076         int ret = 0;
9077
9078         struct compact_control cc = {
9079                 .nr_migratepages = 0,
9080                 .order = -1,
9081                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9082                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9083                 .ignore_skip_hint = true,
9084                 .no_set_skip_hint = true,
9085                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9086                 .alloc_contig = true,
9087         };
9088         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9089
9090         /*
9091          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9092          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9093          * have different sizes, and due to the way page allocator
9094          * work, we align the range to biggest of the two pages so
9095          * that page allocator won't try to merge buddies from
9096          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
9097          * other migration type.
9098          *
9099          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9100          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9101          * we are interested in).  This will put all the pages in
9102          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9103          *
9104          * When this is done, we take the pages in range from page
9105          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9106          * page allocator will never consider using them.
9107          *
9108          * This lets us mark the pageblocks back as
9109          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9110          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9111          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9112          */
9113
9114         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9115                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
9116         if (ret)
9117                 return ret;
9118
9119         drain_all_pages(cc.zone);
9120
9121         /*
9122          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9123          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9124          * which will report the busy page.
9125          *
9126          * It is possible that busy pages could become available before
9127          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9128          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9129          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9130          */
9131         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9132         if (ret && ret != -EBUSY)
9133                 goto done;
9134         ret = 0;
9135
9136         /*
9137          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
9138          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9139          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9140          * What we are going to do is to allocate all pages from
9141          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9142          *
9143          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9144          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9145          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9146          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9147          * once this is done free the pages we are not interested in.
9148          *
9149          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9150          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9151          */
9152
9153         order = 0;
9154         outer_start = start;
9155         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9156                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9157                         outer_start = start;
9158                         break;
9159                 }
9160                 outer_start &= ~0UL << order;
9161         }
9162
9163         if (outer_start != start) {
9164                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9165
9166                 /*
9167                  * outer_start page could be small order buddy page and
9168                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9169                  * in this case to report failed page properly
9170                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9171                  */
9172                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9173                         outer_start = start;
9174         }
9175
9176         /* Make sure the range is really isolated. */
9177         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9178                 ret = -EBUSY;
9179                 goto done;
9180         }
9181
9182         /* Grab isolated pages from freelists. */
9183         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9184         if (!outer_end) {
9185                 ret = -EBUSY;
9186                 goto done;
9187         }
9188
9189         /* Free head and tail (if any) */
9190         if (start != outer_start)
9191                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9192         if (end != outer_end)
9193                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9194
9195 done:
9196         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
9197                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
9198         return ret;
9199 }
9200 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9201
9202 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9203                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9204 {
9205         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9206
9207         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9208                                   gfp_mask);
9209 }
9210
9211 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9212                                    unsigned long nr_pages)
9213 {
9214         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9215         struct page *page;
9216
9217         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9218                 page = pfn_to_online_page(i);
9219                 if (!page)
9220                         return false;
9221
9222                 if (page_zone(page) != z)
9223                         return false;
9224
9225                 if (PageReserved(page))
9226                         return false;
9227         }
9228         return true;
9229 }
9230
9231 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9232                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9233 {
9234         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9235
9236         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9237 }
9238
9239 /**
9240  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9241  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9242  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9243  * @nid:        Target node
9244  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9245  *
9246  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9247  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9248  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9249  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9250  *
9251  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9252  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9253  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9254  *
9255  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9256  * __free_page() on each allocated page.
9257  *
9258  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9259  */
9260 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9261                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9262 {
9263         unsigned long ret, pfn, flags;
9264         struct zonelist *zonelist;
9265         struct zone *zone;
9266         struct zoneref *z;
9267
9268         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9269         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9270                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9271                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9272
9273                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9274                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9275                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9276                                 /*
9277                                  * We release the zone lock here because
9278                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9279                                  * at some point. If there's an allocation
9280                                  * spinning on this lock, it may win the race
9281                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9282                                  */
9283                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9284                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9285                                                         gfp_mask);
9286                                 if (!ret)
9287                                         return pfn_to_page(pfn);
9288                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9289                         }
9290                         pfn += nr_pages;
9291                 }
9292                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9293         }
9294         return NULL;
9295 }
9296 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9297
9298 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9299 {
9300         unsigned long count = 0;
9301
9302         for (; nr_pages--; pfn++) {
9303                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9304
9305                 count += page_count(page) != 1;
9306                 __free_page(page);
9307         }
9308         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9309 }
9310 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9311
9312 /*
9313  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
9314  * page high values need to be recalculated.
9315  */
9316 void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
9317 {
9318         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9319         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
9320         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9321 }
9322
9323 /*
9324  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9325  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9326  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9327  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9328  *
9329  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9330  */
9331 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9332 {
9333         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9334         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9335         __drain_all_pages(zone, true);
9336 }
9337
9338 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9339 {
9340         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9341         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9342 }
9343
9344 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9345 {
9346         int cpu;
9347         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9348
9349         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9350                 for_each_online_cpu(cpu) {
9351                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9352                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9353                 }
9354                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9355                 free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9356                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9357                 zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9358         }
9359 }
9360
9361 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9362 /*
9363  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9364  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9365  */
9366 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9367 {
9368         unsigned long pfn = start_pfn;
9369         struct page *page;
9370         struct zone *zone;
9371         unsigned int order;
9372         unsigned long flags;
9373
9374         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9375         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9376         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9377         while (pfn < end_pfn) {
9378                 page = pfn_to_page(pfn);
9379                 /*
9380                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9381                  * page_count() is not 0.
9382                  */
9383                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9384                         pfn++;
9385                         continue;
9386                 }
9387                 /*
9388                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9389                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9390                  */
9391                 if (PageOffline(page)) {
9392                         BUG_ON(page_count(page));
9393                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9394                         pfn++;
9395                         continue;
9396                 }
9397
9398                 BUG_ON(page_count(page));
9399                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9400                 order = buddy_order(page);
9401                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9402                 pfn += (1 << order);
9403         }
9404         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9405 }
9406 #endif
9407
9408 /*
9409  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9410  */
9411 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9412 {
9413         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9414         unsigned int order;
9415
9416         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9417                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9418
9419                 if (PageBuddy(page_head) &&
9420                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9421                         break;
9422         }
9423
9424         return order < MAX_ORDER;
9425 }
9426
9427 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9428 /*
9429  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9430  * buddy allocator.
9431  */
9432 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9433                                    struct page *target, int low, int high,
9434                                    int migratetype)
9435 {
9436         unsigned long size = 1 << high;
9437         struct page *current_buddy, *next_page;
9438
9439         while (high > low) {
9440                 high--;
9441                 size >>= 1;
9442
9443                 if (target >= &page[size]) {
9444                         next_page = page + size;
9445                         current_buddy = page;
9446                 } else {
9447                         next_page = page;
9448                         current_buddy = page + size;
9449                 }
9450
9451                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9452                         continue;
9453
9454                 if (current_buddy != target) {
9455                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9456                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9457                         page = next_page;
9458                 }
9459         }
9460 }
9461
9462 /*
9463  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9464  */
9465 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9466 {
9467         struct zone *zone = page_zone(page);
9468         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9469         unsigned long flags;
9470         unsigned int order;
9471         bool ret = false;
9472
9473         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9474         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9475                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9476                 int page_order = buddy_order(page_head);
9477
9478                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9479                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9480                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9481                                                                    pfn_head);
9482
9483                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9484                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9485                                                 page_order, migratetype);
9486                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9487                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9488                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9489                         ret = true;
9490                         break;
9491                 }
9492                 if (page_count(page_head) > 0)
9493                         break;
9494         }
9495         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9496         return ret;
9497 }
9498
9499 /*
9500  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9501  */
9502 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9503 {
9504         struct zone *zone = page_zone(page);
9505         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9506         unsigned long flags;
9507         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9508         bool ret = false;
9509
9510         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9511         if (put_page_testzero(page)) {
9512                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9513                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9514                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9515                         num_poisoned_pages_dec();
9516                         ret = true;
9517                 }
9518         }
9519         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9520
9521         return ret;
9522 }
9523 #endif
9524
9525 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9526 bool has_managed_dma(void)
9527 {
9528         struct pglist_data *pgdat;
9529
9530         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9531                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9532
9533                 if (managed_zone(zone))
9534                         return true;
9535         }
9536         return false;
9537 }
9538 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
This page took 0.563968 seconds and 4 git commands to generate.