]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm/page_alloc: explicitly record high-order atomic allocations in alloc_flags
[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/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/padata.h>
76 #include <linux/khugepaged.h>
77 #include <linux/buffer_head.h>
78 #include <linux/delayacct.h>
79 #include <asm/sections.h>
80 #include <asm/tlbflush.h>
81 #include <asm/div64.h>
82 #include "internal.h"
83 #include "shuffle.h"
84 #include "page_reporting.h"
85 #include "swap.h"
86
87 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
88 typedef int __bitwise fpi_t;
89
90 /* No special request */
91 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
92
93 /*
94  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
95  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
96  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
97  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
98  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
99  * putting it back unmodified.
100  */
101 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
102
103 /*
104  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
105  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
106  * shuffle the whole zone).
107  *
108  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
109  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
110  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
111  *       reporting).
112  */
113 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
114
115 /*
116  * Don't poison memory with KASAN (only for the tag-based modes).
117  * During boot, all non-reserved memblock memory is exposed to page_alloc.
118  * Poisoning all that memory lengthens boot time, especially on systems with
119  * large amount of RAM. This flag is used to skip that poisoning.
120  * This is only done for the tag-based KASAN modes, as those are able to
121  * detect memory corruptions with the memory tags assigned by default.
122  * All memory allocated normally after boot gets poisoned as usual.
123  */
124 #define FPI_SKIP_KASAN_POISON   ((__force fpi_t)BIT(2))
125
126 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
127 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
128 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
129
130 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
131 /*
132  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
133  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
134  */
135 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
136 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
137 #else
138
139 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
140 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
141 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
142 #endif
143
144 /*
145  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
146  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
147  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
148  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
149  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
150  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
151  */
152 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
153 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
154 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
155 #else
156 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
157 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
158 #endif
159
160 /*
161  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
162  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
163  */
164 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
165 ({                                                                      \
166         type *_ret;                                                     \
167         pcpu_task_pin();                                                \
168         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
169         spin_lock(&_ret->member);                                       \
170         _ret;                                                           \
171 })
172
173 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
174 ({                                                                      \
175         type *_ret;                                                     \
176         pcpu_task_pin();                                                \
177         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
178         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
179                 pcpu_task_unpin();                                      \
180                 _ret = NULL;                                            \
181         }                                                               \
182         _ret;                                                           \
183 })
184
185 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
186 ({                                                                      \
187         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
188         pcpu_task_unpin();                                              \
189 })
190
191 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
192 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
193         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
194
195 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
196         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
197
198 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
199         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
200
201 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
202 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
203 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
204 #endif
205
206 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
207
208 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
209 /*
210  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
211  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
212  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
213  * defined in <linux/topology.h>.
214  */
215 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
216 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
217 #endif
218
219 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
220
221 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
222 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
223 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
224 #endif
225
226 /*
227  * Array of node states.
228  */
229 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
230         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
231         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
232 #ifndef CONFIG_NUMA
233         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
236 #endif
237         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
238         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
239 #endif  /* NUMA */
240 };
241 EXPORT_SYMBOL(node_states);
242
243 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
244 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
245 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
246 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
247
248 int percpu_pagelist_high_fraction;
249 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
250 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
251 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
252
253 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
254 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
255
256 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
257                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
258 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
259 {
260
261         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
262 }
263 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
264
265 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
266                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
267 static int __init early_init_on_free(char *buf)
268 {
269         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
270 }
271 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
272
273 /*
274  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
275  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
276  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
277  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
278  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
279  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
280  */
281 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
282 {
283         return page->index;
284 }
285
286 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
287 {
288         page->index = migratetype;
289 }
290
291 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
292 /*
293  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
294  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
295  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
296  * they should always be called with system_transition_mutex held
297  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
298  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
299  * with that modification).
300  */
301
302 static gfp_t saved_gfp_mask;
303
304 void pm_restore_gfp_mask(void)
305 {
306         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
307         if (saved_gfp_mask) {
308                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
309                 saved_gfp_mask = 0;
310         }
311 }
312
313 void pm_restrict_gfp_mask(void)
314 {
315         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
316         WARN_ON(saved_gfp_mask);
317         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
318         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
319 }
320
321 bool pm_suspended_storage(void)
322 {
323         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
324                 return false;
325         return true;
326 }
327 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
328
329 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
330 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
331 #endif
332
333 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
334                             fpi_t fpi_flags);
335
336 /*
337  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
338  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
339  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
340  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
341  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
342  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
343  *
344  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
345  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
346  */
347 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
348 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
349         [ZONE_DMA] = 256,
350 #endif
351 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
352         [ZONE_DMA32] = 256,
353 #endif
354         [ZONE_NORMAL] = 32,
355 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
356         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
357 #endif
358         [ZONE_MOVABLE] = 0,
359 };
360
361 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
362 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
363          "DMA",
364 #endif
365 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
366          "DMA32",
367 #endif
368          "Normal",
369 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
370          "HighMem",
371 #endif
372          "Movable",
373 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
374          "Device",
375 #endif
376 };
377
378 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
379         "Unmovable",
380         "Movable",
381         "Reclaimable",
382         "HighAtomic",
383 #ifdef CONFIG_CMA
384         "CMA",
385 #endif
386 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
387         "Isolate",
388 #endif
389 };
390
391 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
392         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
393         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
394 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
395         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
396 #endif
397 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
398         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
399 #endif
400 };
401
402 int min_free_kbytes = 1024;
403 int user_min_free_kbytes = -1;
404 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
405 int watermark_scale_factor = 10;
406
407 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
408 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
409 static unsigned long dma_reserve __initdata;
410
411 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
412 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
413 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
414 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
415 static unsigned long required_movablecore __initdata;
416 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
417 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
418 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
419
420 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
421 int movable_zone;
422 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
423
424 #if MAX_NUMNODES > 1
425 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
426 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
427 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
428 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
429 #endif
430
431 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
432
433 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
434 /*
435  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
436  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
437  * and we can permanently disable that path.
438  */
439 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
440
441 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
442 {
443         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
444 }
445
446 /* Returns true if the struct page for the pfn is initialised */
447 static inline bool __meminit early_page_initialised(unsigned long pfn)
448 {
449         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
450
451         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
452                 return false;
453
454         return true;
455 }
456
457 /*
458  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
459  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
460  */
461 static bool __meminit
462 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
463 {
464         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
465
466         if (early_page_ext_enabled())
467                 return false;
468         /*
469          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
470          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
471          */
472         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
473                 prev_end_pfn = end_pfn;
474                 nr_initialised = 0;
475         }
476
477         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
478         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
479                 return false;
480
481         if (NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn != ULONG_MAX)
482                 return true;
483         /*
484          * We start only with one section of pages, more pages are added as
485          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
486          */
487         nr_initialised++;
488         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
489             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
490                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
491                 return true;
492         }
493         return false;
494 }
495 #else
496 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
497 {
498         return false;
499 }
500
501 static inline bool early_page_initialised(unsigned long pfn)
502 {
503         return true;
504 }
505
506 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
507 {
508         return false;
509 }
510 #endif
511
512 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
513 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
514                                                         unsigned long pfn)
515 {
516 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
517         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
518 #else
519         return page_zone(page)->pageblock_flags;
520 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
521 }
522
523 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
524 {
525 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
526         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
527 #else
528         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
529 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
530         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
531 }
532
533 static __always_inline
534 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
535                                         unsigned long pfn,
536                                         unsigned long mask)
537 {
538         unsigned long *bitmap;
539         unsigned long bitidx, word_bitidx;
540         unsigned long word;
541
542         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
543         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
544         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
545         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
546         /*
547          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
548          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
549          * racy, are not corrupted.
550          */
551         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
552         return (word >> bitidx) & mask;
553 }
554
555 /**
556  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
557  * @page: The page within the block of interest
558  * @pfn: The target page frame number
559  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
560  *
561  * Return: pageblock_bits flags
562  */
563 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
564                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
565 {
566         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
567 }
568
569 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
570                                         unsigned long pfn)
571 {
572         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
573 }
574
575 /**
576  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
577  * @page: The page within the block of interest
578  * @flags: The flags to set
579  * @pfn: The target page frame number
580  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
581  */
582 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
583                                         unsigned long pfn,
584                                         unsigned long mask)
585 {
586         unsigned long *bitmap;
587         unsigned long bitidx, word_bitidx;
588         unsigned long word;
589
590         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
591         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
592
593         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
594         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
595         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
596         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
597
598         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
599
600         mask <<= bitidx;
601         flags <<= bitidx;
602
603         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
604         do {
605         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
606 }
607
608 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
609 {
610         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
611                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
612                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
613
614         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
615                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
616 }
617
618 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
619 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
620 {
621         int ret = 0;
622         unsigned seq;
623         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
624         unsigned long sp, start_pfn;
625
626         do {
627                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
628                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
629                 sp = zone->spanned_pages;
630                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
631                         ret = 1;
632         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
633
634         if (ret)
635                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
636                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
637                         start_pfn, start_pfn + sp);
638
639         return ret;
640 }
641
642 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
643 {
644         if (zone != page_zone(page))
645                 return 0;
646
647         return 1;
648 }
649 /*
650  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
651  */
652 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
653 {
654         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
655                 return 1;
656         if (!page_is_consistent(zone, page))
657                 return 1;
658
659         return 0;
660 }
661 #else
662 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
663 {
664         return 0;
665 }
666 #endif
667
668 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
669 {
670         static unsigned long resume;
671         static unsigned long nr_shown;
672         static unsigned long nr_unshown;
673
674         /*
675          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
676          * or allow a steady drip of one report per second.
677          */
678         if (nr_shown == 60) {
679                 if (time_before(jiffies, resume)) {
680                         nr_unshown++;
681                         goto out;
682                 }
683                 if (nr_unshown) {
684                         pr_alert(
685                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
686                                 nr_unshown);
687                         nr_unshown = 0;
688                 }
689                 nr_shown = 0;
690         }
691         if (nr_shown++ == 0)
692                 resume = jiffies + 60 * HZ;
693
694         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
695                 current->comm, page_to_pfn(page));
696         dump_page(page, reason);
697
698         print_modules();
699         dump_stack();
700 out:
701         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
702         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
703         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
704 }
705
706 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
707 {
708         int base = order;
709
710 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
711         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
712                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
713                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
714         }
715 #else
716         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
717 #endif
718
719         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
720 }
721
722 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
723 {
724         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
725
726 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
727         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
728                 order = pageblock_order;
729 #else
730         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
731 #endif
732
733         return order;
734 }
735
736 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
737 {
738         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
739                 return true;
740 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
741         if (order == pageblock_order)
742                 return true;
743 #endif
744         return false;
745 }
746
747 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
748 {
749         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
750                 free_unref_page(page, order);
751         else
752                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
753 }
754
755 /*
756  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
757  *
758  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
759  *
760  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
761  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
762  *
763  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
764  * page destructors. See compound_page_dtors.
765  *
766  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
767  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
768  */
769
770 void free_compound_page(struct page *page)
771 {
772         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
773         free_the_page(page, compound_order(page));
774 }
775
776 static void prep_compound_head(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         struct folio *folio = (struct folio *)page;
779
780         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
781         set_compound_order(page, order);
782         atomic_set(&folio->_entire_mapcount, -1);
783         atomic_set(&folio->_nr_pages_mapped, 0);
784         atomic_set(&folio->_pincount, 0);
785 }
786
787 static void prep_compound_tail(struct page *head, int tail_idx)
788 {
789         struct page *p = head + tail_idx;
790
791         p->mapping = TAIL_MAPPING;
792         set_compound_head(p, head);
793         set_page_private(p, 0);
794 }
795
796 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
797 {
798         int i;
799         int nr_pages = 1 << order;
800
801         __SetPageHead(page);
802         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
803                 prep_compound_tail(page, i);
804
805         prep_compound_head(page, order);
806 }
807
808 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
809 {
810         enum compound_dtor_id dtor = folio->_folio_dtor;
811
812         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
813         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
814 }
815
816 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
817 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
818
819 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
820                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
821 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
822 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
823 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
824
825 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
826
827 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
828 {
829         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
830 }
831 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
832
833 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
834 {
835         unsigned long res;
836
837         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
838                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
839                 return 0;
840         }
841         _debug_guardpage_minorder = res;
842         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
843         return 0;
844 }
845 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
846
847 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
848                                 unsigned int order, int migratetype)
849 {
850         if (!debug_guardpage_enabled())
851                 return false;
852
853         if (order >= debug_guardpage_minorder())
854                 return false;
855
856         __SetPageGuard(page);
857         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
858         set_page_private(page, order);
859         /* Guard pages are not available for any usage */
860         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
861                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
862
863         return true;
864 }
865
866 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
867                                 unsigned int order, int migratetype)
868 {
869         if (!debug_guardpage_enabled())
870                 return;
871
872         __ClearPageGuard(page);
873
874         set_page_private(page, 0);
875         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
876                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
877 }
878 #else
879 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
880                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
881 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
882                                 unsigned int order, int migratetype) {}
883 #endif
884
885 /*
886  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
887  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
888  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
889  * enabled, and then make decisions.
890  */
891 void __init init_mem_debugging_and_hardening(void)
892 {
893         bool page_poisoning_requested = false;
894
895 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
896         /*
897          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
898          * either of those options are enabled, enable poisoning.
899          */
900         if (page_poisoning_enabled() ||
901              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
902               debug_pagealloc_enabled())) {
903                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
904                 page_poisoning_requested = true;
905         }
906 #endif
907
908         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
909             page_poisoning_requested) {
910                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
911                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
912                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
913                 _init_on_free_enabled_early = false;
914         }
915
916         if (_init_on_alloc_enabled_early)
917                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
918         else
919                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
920
921         if (_init_on_free_enabled_early)
922                 static_branch_enable(&init_on_free);
923         else
924                 static_branch_disable(&init_on_free);
925
926         if (IS_ENABLED(CONFIG_KMSAN) &&
927             (_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early))
928                 pr_info("mem auto-init: please make sure init_on_alloc and init_on_free are disabled when running KMSAN\n");
929
930 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
931         if (!debug_pagealloc_enabled())
932                 return;
933
934         static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
935
936         if (!debug_guardpage_minorder())
937                 return;
938
939         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
940 #endif
941 }
942
943 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
944 {
945         set_page_private(page, order);
946         __SetPageBuddy(page);
947 }
948
949 #ifdef CONFIG_COMPACTION
950 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
951 {
952         struct capture_control *capc = current->capture_control;
953
954         return unlikely(capc) &&
955                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
956                 !capc->page &&
957                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
958 }
959
960 static inline bool
961 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
962                    int order, int migratetype)
963 {
964         if (!capc || order != capc->cc->order)
965                 return false;
966
967         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
968         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
969             is_migrate_isolate(migratetype))
970                 return false;
971
972         /*
973          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
974          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
975          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
976          * have trouble finding a high-order free page.
977          */
978         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
979                 return false;
980
981         capc->page = page;
982         return true;
983 }
984
985 #else
986 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
987 {
988         return NULL;
989 }
990
991 static inline bool
992 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
993                    int order, int migratetype)
994 {
995         return false;
996 }
997 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
998
999 /* Used for pages not on another list */
1000 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1001                                     unsigned int order, int migratetype)
1002 {
1003         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1004
1005         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1006         area->nr_free++;
1007 }
1008
1009 /* Used for pages not on another list */
1010 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
1011                                          unsigned int order, int migratetype)
1012 {
1013         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1014
1015         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1016         area->nr_free++;
1017 }
1018
1019 /*
1020  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
1021  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
1022  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
1023  */
1024 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1025                                      unsigned int order, int migratetype)
1026 {
1027         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
1028
1029         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
1030 }
1031
1032 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
1033                                            unsigned int order)
1034 {
1035         /* clear reported state and update reported page count */
1036         if (page_reported(page))
1037                 __ClearPageReported(page);
1038
1039         list_del(&page->buddy_list);
1040         __ClearPageBuddy(page);
1041         set_page_private(page, 0);
1042         zone->free_area[order].nr_free--;
1043 }
1044
1045 /*
1046  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
1047  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
1048  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
1049  * that is happening, add the free page to the tail of the list
1050  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
1051  * as a higher order page
1052  */
1053 static inline bool
1054 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
1055                    struct page *page, unsigned int order)
1056 {
1057         unsigned long higher_page_pfn;
1058         struct page *higher_page;
1059
1060         if (order >= MAX_ORDER - 2)
1061                 return false;
1062
1063         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
1064         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1065
1066         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1067                         NULL) != NULL;
1068 }
1069
1070 /*
1071  * Freeing function for a buddy system allocator.
1072  *
1073  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1074  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1075  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1076  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1077  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1078  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1079  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1080  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1081  * parts of the VM system.
1082  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1083  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1084  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1085  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1086  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1087  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1088  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1089  * triggers coalescing into a block of larger size.
1090  *
1091  * -- nyc
1092  */
1093
1094 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1095                 unsigned long pfn,
1096                 struct zone *zone, unsigned int order,
1097                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1098 {
1099         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1100         unsigned long buddy_pfn = 0;
1101         unsigned long combined_pfn;
1102         struct page *buddy;
1103         bool to_tail;
1104
1105         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1106         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1107
1108         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1109         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1110                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1111
1112         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1113         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1114
1115         while (order < MAX_ORDER - 1) {
1116                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1117                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1118                                                                 migratetype);
1119                         return;
1120                 }
1121
1122                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1123                 if (!buddy)
1124                         goto done_merging;
1125
1126                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1127                         /*
1128                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1129                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1130                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1131                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1132                          */
1133                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1134
1135                         if (migratetype != buddy_mt
1136                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1137                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1138                                 goto done_merging;
1139                 }
1140
1141                 /*
1142                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1143                  * merge with it and move up one order.
1144                  */
1145                 if (page_is_guard(buddy))
1146                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1147                 else
1148                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1149                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1150                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1151                 pfn = combined_pfn;
1152                 order++;
1153         }
1154
1155 done_merging:
1156         set_buddy_order(page, order);
1157
1158         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1159                 to_tail = true;
1160         else if (is_shuffle_order(order))
1161                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1162         else
1163                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1164
1165         if (to_tail)
1166                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1167         else
1168                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1169
1170         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1171         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1172                 page_reporting_notify_free(order);
1173 }
1174
1175 /**
1176  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1177  * @free_page:          the original free page
1178  * @order:              the order of the page
1179  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1180  *
1181  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1182  *
1183  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1184  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1185  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1186  * nothing.
1187  */
1188 int split_free_page(struct page *free_page,
1189                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1190 {
1191         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1192         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1193         unsigned long pfn;
1194         unsigned long flags;
1195         int free_page_order;
1196         int mt;
1197         int ret = 0;
1198
1199         if (split_pfn_offset == 0)
1200                 return ret;
1201
1202         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1203
1204         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1205                 ret = -ENOENT;
1206                 goto out;
1207         }
1208
1209         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1210         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1211                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1212
1213         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1214         for (pfn = free_page_pfn;
1215              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1216                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1217
1218                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1219                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1220                                         __fls(split_pfn_offset));
1221                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1222                                 mt, FPI_NONE);
1223                 pfn += 1UL << free_page_order;
1224                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1225                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1226                 if (split_pfn_offset == 0)
1227                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1228         }
1229 out:
1230         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1231         return ret;
1232 }
1233 /*
1234  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1235  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1236  * check if necessary.
1237  */
1238 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1239                                         unsigned long check_flags)
1240 {
1241         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1242                 return false;
1243
1244         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1245                         page_ref_count(page) |
1246 #ifdef CONFIG_MEMCG
1247                         page->memcg_data |
1248 #endif
1249                         (page->flags & check_flags)))
1250                 return false;
1251
1252         return true;
1253 }
1254
1255 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1256 {
1257         const char *bad_reason = NULL;
1258
1259         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1260                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1261         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1262                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1263         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1264                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1265         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1266                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1267                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1268                 else
1269                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1270         }
1271 #ifdef CONFIG_MEMCG
1272         if (unlikely(page->memcg_data))
1273                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1274 #endif
1275         return bad_reason;
1276 }
1277
1278 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1279 {
1280         bad_page(page,
1281                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1282 }
1283
1284 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1285 {
1286         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1287                 return false;
1288
1289         /* Something has gone sideways, find it */
1290         free_page_is_bad_report(page);
1291         return true;
1292 }
1293
1294 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1295 {
1296         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
1297         int ret = 1;
1298
1299         /*
1300          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1301          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1302          */
1303         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1304
1305         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1306                 ret = 0;
1307                 goto out;
1308         }
1309         switch (page - head_page) {
1310         case 1:
1311                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1312                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
1313                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1314                         goto out;
1315                 }
1316                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1317                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1318                         goto out;
1319                 }
1320                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1321                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1322                         goto out;
1323                 }
1324                 break;
1325         case 2:
1326                 /*
1327                  * the second tail page: ->mapping is
1328                  * deferred_list.next -- ignore value.
1329                  */
1330                 break;
1331         default:
1332                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1333                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1334                         goto out;
1335                 }
1336                 break;
1337         }
1338         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1339                 bad_page(page, "PageTail not set");
1340                 goto out;
1341         }
1342         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1343                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1344                 goto out;
1345         }
1346         ret = 0;
1347 out:
1348         page->mapping = NULL;
1349         clear_compound_head(page);
1350         return ret;
1351 }
1352
1353 /*
1354  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1355  *
1356  * 1. Deferred memory initialization has not yet completed,
1357  *    see the explanation below.
1358  * 2. Skipping poisoning is requested via FPI_SKIP_KASAN_POISON,
1359  *    see the comment next to it.
1360  * 3. Skipping poisoning is requested via __GFP_SKIP_KASAN_POISON,
1361  *    see the comment next to it.
1362  * 4. The allocation is excluded from being checked due to sampling,
1363  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1364  *
1365  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1366  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1367  * initialization is done with interrupt disabled.
1368  *
1369  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1370  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1371  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1372  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1373  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1374  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1375  */
1376 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1377 {
1378         return deferred_pages_enabled() ||
1379                (!IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) &&
1380                 (fpi_flags & FPI_SKIP_KASAN_POISON)) ||
1381                PageSkipKASanPoison(page);
1382 }
1383
1384 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1385 {
1386         int i;
1387
1388         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1389         kasan_disable_current();
1390         for (i = 0; i < numpages; i++)
1391                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1392         kasan_enable_current();
1393 }
1394
1395 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1396                         unsigned int order, bool check_free, fpi_t fpi_flags)
1397 {
1398         int bad = 0;
1399         bool init = want_init_on_free();
1400
1401         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1402
1403         trace_mm_page_free(page, order);
1404         kmsan_free_page(page, order);
1405
1406         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1407                 /*
1408                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1409                  * Untie memcg state and reset page's owner
1410                  */
1411                 if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1412                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1413                 reset_page_owner(page, order);
1414                 page_table_check_free(page, order);
1415                 return false;
1416         }
1417
1418         /*
1419          * Check tail pages before head page information is cleared to
1420          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1421          */
1422         if (unlikely(order)) {
1423                 bool compound = PageCompound(page);
1424                 int i;
1425
1426                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1427
1428                 if (compound)
1429                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1430                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1431                         if (compound)
1432                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1433                         if (unlikely(free_page_is_bad(page + i))) {
1434                                 bad++;
1435                                 continue;
1436                         }
1437                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1438                 }
1439         }
1440         if (PageMappingFlags(page))
1441                 page->mapping = NULL;
1442         if (memcg_kmem_enabled() && PageMemcgKmem(page))
1443                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1444         if (check_free && free_page_is_bad(page))
1445                 bad++;
1446         if (bad)
1447                 return false;
1448
1449         page_cpupid_reset_last(page);
1450         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1451         reset_page_owner(page, order);
1452         page_table_check_free(page, order);
1453
1454         if (!PageHighMem(page)) {
1455                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1456                                            PAGE_SIZE << order);
1457                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1458                                            PAGE_SIZE << order);
1459         }
1460
1461         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1462
1463         /*
1464          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1465          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1466          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1467          *
1468          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1469          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1470          */
1471         if (!should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags)) {
1472                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1473
1474                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1475                 if (kasan_has_integrated_init())
1476                         init = false;
1477         }
1478         if (init)
1479                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1480
1481         /*
1482          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1483          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1484          * happen after this.
1485          */
1486         arch_free_page(page, order);
1487
1488         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1489
1490         return true;
1491 }
1492
1493 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1494 /*
1495  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1496  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1497  * moved from pcp lists to free lists.
1498  */
1499 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1500 {
1501         return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1502 }
1503
1504 /* return true if this page has an inappropriate state */
1505 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1506 {
1507         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1508                 return free_page_is_bad(page);
1509         else
1510                 return false;
1511 }
1512 #else
1513 /*
1514  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1515  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1516  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1517  * to the pcp lists.
1518  */
1519 static bool free_pcp_prepare(struct page *page, unsigned int order)
1520 {
1521         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1522                 return free_pages_prepare(page, order, true, FPI_NONE);
1523         else
1524                 return free_pages_prepare(page, order, false, FPI_NONE);
1525 }
1526
1527 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1528 {
1529         return free_page_is_bad(page);
1530 }
1531 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1532
1533 /*
1534  * Frees a number of pages from the PCP lists
1535  * Assumes all pages on list are in same zone.
1536  * count is the number of pages to free.
1537  */
1538 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1539                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1540                                         int pindex)
1541 {
1542         unsigned long flags;
1543         int min_pindex = 0;
1544         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1545         unsigned int order;
1546         bool isolated_pageblocks;
1547         struct page *page;
1548
1549         /*
1550          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1551          * below while (list_empty(list)) loop.
1552          */
1553         count = min(pcp->count, count);
1554
1555         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1556         pindex = pindex - 1;
1557
1558         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1559         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1560
1561         while (count > 0) {
1562                 struct list_head *list;
1563                 int nr_pages;
1564
1565                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1566                 do {
1567                         if (++pindex > max_pindex)
1568                                 pindex = min_pindex;
1569                         list = &pcp->lists[pindex];
1570                         if (!list_empty(list))
1571                                 break;
1572
1573                         if (pindex == max_pindex)
1574                                 max_pindex--;
1575                         if (pindex == min_pindex)
1576                                 min_pindex++;
1577                 } while (1);
1578
1579                 order = pindex_to_order(pindex);
1580                 nr_pages = 1 << order;
1581                 do {
1582                         int mt;
1583
1584                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1585                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1586
1587                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1588                         list_del(&page->pcp_list);
1589                         count -= nr_pages;
1590                         pcp->count -= nr_pages;
1591
1592                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1593                                 continue;
1594
1595                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1596                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1597                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1598                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1599                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1600
1601                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1602                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1603                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1604         }
1605
1606         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1607 }
1608
1609 static void free_one_page(struct zone *zone,
1610                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1611                                 unsigned int order,
1612                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1613 {
1614         unsigned long flags;
1615
1616         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1617         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1618                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1619                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1620         }
1621         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1622         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1623 }
1624
1625 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1626                                 unsigned long zone, int nid)
1627 {
1628         mm_zero_struct_page(page);
1629         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1630         init_page_count(page);
1631         page_mapcount_reset(page);
1632         page_cpupid_reset_last(page);
1633         page_kasan_tag_reset(page);
1634
1635         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1636 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1637         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1638         if (!is_highmem_idx(zone))
1639                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1640 #endif
1641 }
1642
1643 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1644 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1645 {
1646         pg_data_t *pgdat;
1647         int nid, zid;
1648
1649         if (early_page_initialised(pfn))
1650                 return;
1651
1652         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1653         pgdat = NODE_DATA(nid);
1654
1655         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1656                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1657
1658                 if (zone_spans_pfn(zone, pfn))
1659                         break;
1660         }
1661         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1662 }
1663 #else
1664 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1665 {
1666 }
1667 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1668
1669 /*
1670  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1671  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1672  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1673  * sent to the buddy page allocator.
1674  */
1675 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1676 {
1677         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1678         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1679
1680         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1681                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1682                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1683
1684                         init_reserved_page(start_pfn);
1685
1686                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1687                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1688
1689                         /*
1690                          * no need for atomic set_bit because the struct
1691                          * page is not visible yet so nobody should
1692                          * access it yet.
1693                          */
1694                         __SetPageReserved(page);
1695                 }
1696         }
1697 }
1698
1699 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1700                             fpi_t fpi_flags)
1701 {
1702         unsigned long flags;
1703         int migratetype;
1704         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1705         struct zone *zone = page_zone(page);
1706
1707         if (!free_pages_prepare(page, order, true, fpi_flags))
1708                 return;
1709
1710         /*
1711          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1712          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1713          * This will reduce the lock holding time.
1714          */
1715         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1716
1717         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1718         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1719                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1720                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1721         }
1722         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1723         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1724
1725         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1726 }
1727
1728 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1729 {
1730         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1731         struct page *p = page;
1732         unsigned int loop;
1733
1734         /*
1735          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1736          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1737          * refcount of all involved pages to 0.
1738          */
1739         prefetchw(p);
1740         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1741                 prefetchw(p + 1);
1742                 __ClearPageReserved(p);
1743                 set_page_count(p, 0);
1744         }
1745         __ClearPageReserved(p);
1746         set_page_count(p, 0);
1747
1748         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1749
1750         /*
1751          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1752          * relevant for memory onlining.
1753          */
1754         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL | FPI_SKIP_KASAN_POISON);
1755 }
1756
1757 #ifdef CONFIG_NUMA
1758
1759 /*
1760  * During memory init memblocks map pfns to nids. The search is expensive and
1761  * this caches recent lookups. The implementation of __early_pfn_to_nid
1762  * treats start/end as pfns.
1763  */
1764 struct mminit_pfnnid_cache {
1765         unsigned long last_start;
1766         unsigned long last_end;
1767         int last_nid;
1768 };
1769
1770 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1771
1772 /*
1773  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
1774  */
1775 static int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
1776                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
1777 {
1778         unsigned long start_pfn, end_pfn;
1779         int nid;
1780
1781         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
1782                 return state->last_nid;
1783
1784         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
1785         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
1786                 state->last_start = start_pfn;
1787                 state->last_end = end_pfn;
1788                 state->last_nid = nid;
1789         }
1790
1791         return nid;
1792 }
1793
1794 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1795 {
1796         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1797         int nid;
1798
1799         spin_lock(&early_pfn_lock);
1800         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1801         if (nid < 0)
1802                 nid = first_online_node;
1803         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1804
1805         return nid;
1806 }
1807 #endif /* CONFIG_NUMA */
1808
1809 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1810                                                         unsigned int order)
1811 {
1812         if (!early_page_initialised(pfn))
1813                 return;
1814         if (!kmsan_memblock_free_pages(page, order)) {
1815                 /* KMSAN will take care of these pages. */
1816                 return;
1817         }
1818         __free_pages_core(page, order);
1819 }
1820
1821 /*
1822  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1823  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1824  * with the migration of free compaction scanner.
1825  *
1826  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1827  *
1828  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1829  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1830  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1831  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1832  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1833  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1834  * page in a pageblock.
1835  */
1836 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1837                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1838 {
1839         struct page *start_page;
1840         struct page *end_page;
1841
1842         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1843         end_pfn--;
1844
1845         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1846                 return NULL;
1847
1848         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1849         if (!start_page)
1850                 return NULL;
1851
1852         if (page_zone(start_page) != zone)
1853                 return NULL;
1854
1855         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1856
1857         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1858         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1859                 return NULL;
1860
1861         return start_page;
1862 }
1863
1864 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1865 {
1866         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1867         unsigned long block_end_pfn;
1868
1869         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1870         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1871                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1872                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1873
1874                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1875
1876                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1877                                              block_end_pfn, zone))
1878                         return;
1879                 cond_resched();
1880         }
1881
1882         /* We confirm that there is no hole */
1883         zone->contiguous = true;
1884 }
1885
1886 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1887 {
1888         zone->contiguous = false;
1889 }
1890
1891 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1892 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1893                                        unsigned long nr_pages)
1894 {
1895         struct page *page;
1896         unsigned long i;
1897
1898         if (!nr_pages)
1899                 return;
1900
1901         page = pfn_to_page(pfn);
1902
1903         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1904         if (nr_pages == pageblock_nr_pages && pageblock_aligned(pfn)) {
1905                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1906                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1907                 return;
1908         }
1909
1910         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1911                 if (pageblock_aligned(pfn))
1912                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1913                 __free_pages_core(page, 0);
1914         }
1915 }
1916
1917 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1918 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1919 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1920
1921 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1922 {
1923         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1924                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1929  *
1930  * We check if a current large page is valid by only checking the validity
1931  * of the head pfn.
1932  */
1933 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1934 {
1935         if (pageblock_aligned(pfn) && !pfn_valid(pfn))
1936                 return false;
1937         return true;
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1942  * pageblock_nr_pages sizes.
1943  */
1944 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1945                                        unsigned long end_pfn)
1946 {
1947         unsigned long nr_free = 0;
1948
1949         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1950                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1951                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1952                         nr_free = 0;
1953                 } else if (pageblock_aligned(pfn)) {
1954                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1955                         nr_free = 1;
1956                 } else {
1957                         nr_free++;
1958                 }
1959         }
1960         /* Free the last block of pages to allocator */
1961         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1962 }
1963
1964 /*
1965  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1966  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1967  * Return number of pages initialized.
1968  */
1969 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1970                                                  unsigned long pfn,
1971                                                  unsigned long end_pfn)
1972 {
1973         int nid = zone_to_nid(zone);
1974         unsigned long nr_pages = 0;
1975         int zid = zone_idx(zone);
1976         struct page *page = NULL;
1977
1978         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1979                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1980                         page = NULL;
1981                         continue;
1982                 } else if (!page || pageblock_aligned(pfn)) {
1983                         page = pfn_to_page(pfn);
1984                 } else {
1985                         page++;
1986                 }
1987                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1988                 nr_pages++;
1989         }
1990         return (nr_pages);
1991 }
1992
1993 /*
1994  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1995  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1996  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1997  * return false indicating there are no valid ranges left.
1998  */
1999 static bool __init
2000 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
2001                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
2002                                     unsigned long first_init_pfn)
2003 {
2004         u64 j;
2005
2006         /*
2007          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
2008          * already been initialized. We don't need to do anything with them
2009          * so we just need to flush them out of the system.
2010          */
2011         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
2012                 if (*epfn <= first_init_pfn)
2013                         continue;
2014                 if (*spfn < first_init_pfn)
2015                         *spfn = first_init_pfn;
2016                 *i = j;
2017                 return true;
2018         }
2019
2020         return false;
2021 }
2022
2023 /*
2024  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
2025  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
2026  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
2027  * page in __free_one_page()).
2028  *
2029  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
2030  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
2031  * any issues with the buddy page computation.
2032  */
2033 static unsigned long __init
2034 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
2035                        unsigned long *end_pfn)
2036 {
2037         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
2038         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
2039         unsigned long nr_pages = 0;
2040         u64 j = *i;
2041
2042         /* First we loop through and initialize the page values */
2043         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
2044                 unsigned long t;
2045
2046                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
2047                         break;
2048
2049                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
2050                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
2051
2052                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
2053                         *start_pfn = mo_pfn;
2054                         break;
2055                 }
2056         }
2057
2058         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
2059         swap(j, *i);
2060
2061         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
2062                 unsigned long t;
2063
2064                 if (mo_pfn <= spfn)
2065                         break;
2066
2067                 t = min(mo_pfn, epfn);
2068                 deferred_free_pages(spfn, t);
2069
2070                 if (mo_pfn <= epfn)
2071                         break;
2072         }
2073
2074         return nr_pages;
2075 }
2076
2077 static void __init
2078 deferred_init_memmap_chunk(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2079                            void *arg)
2080 {
2081         unsigned long spfn, epfn;
2082         struct zone *zone = arg;
2083         u64 i;
2084
2085         deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn, start_pfn);
2086
2087         /*
2088          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so that we
2089          * can avoid introducing any issues with the buddy allocator.
2090          */
2091         while (spfn < end_pfn) {
2092                 deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2093                 cond_resched();
2094         }
2095 }
2096
2097 /* An arch may override for more concurrency. */
2098 __weak int __init
2099 deferred_page_init_max_threads(const struct cpumask *node_cpumask)
2100 {
2101         return 1;
2102 }
2103
2104 /* Initialise remaining memory on a node */
2105 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
2106 {
2107         pg_data_t *pgdat = data;
2108         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
2109         unsigned long spfn = 0, epfn = 0;
2110         unsigned long first_init_pfn, flags;
2111         unsigned long start = jiffies;
2112         struct zone *zone;
2113         int zid, max_threads;
2114         u64 i;
2115
2116         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
2117         if (!cpumask_empty(cpumask))
2118                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
2119
2120         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2121         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2122         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
2123                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2124                 pgdat_init_report_one_done();
2125                 return 0;
2126         }
2127
2128         /* Sanity check boundaries */
2129         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
2130         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
2131         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2132
2133         /*
2134          * Once we unlock here, the zone cannot be grown anymore, thus if an
2135          * interrupt thread must allocate this early in boot, zone must be
2136          * pre-grown prior to start of deferred page initialization.
2137          */
2138         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2139
2140         /* Only the highest zone is deferred so find it */
2141         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
2142                 zone = pgdat->node_zones + zid;
2143                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
2144                         break;
2145         }
2146
2147         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2148         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2149                                                  first_init_pfn))
2150                 goto zone_empty;
2151
2152         max_threads = deferred_page_init_max_threads(cpumask);
2153
2154         while (spfn < epfn) {
2155                 unsigned long epfn_align = ALIGN(epfn, PAGES_PER_SECTION);
2156                 struct padata_mt_job job = {
2157                         .thread_fn   = deferred_init_memmap_chunk,
2158                         .fn_arg      = zone,
2159                         .start       = spfn,
2160                         .size        = epfn_align - spfn,
2161                         .align       = PAGES_PER_SECTION,
2162                         .min_chunk   = PAGES_PER_SECTION,
2163                         .max_threads = max_threads,
2164                 };
2165
2166                 padata_do_multithreaded(&job);
2167                 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2168                                                     epfn_align);
2169         }
2170 zone_empty:
2171         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
2172         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
2173
2174         pr_info("node %d deferred pages initialised in %ums\n",
2175                 pgdat->node_id, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
2176
2177         pgdat_init_report_one_done();
2178         return 0;
2179 }
2180
2181 /*
2182  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
2183  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
2184  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
2185  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
2186  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
2187  *
2188  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
2189  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
2190  * enough pages to satisfy the allocation.
2191  *
2192  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
2193  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
2194  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
2195  */
2196 static noinline bool __init
2197 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2198 {
2199         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
2200         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
2201         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
2202         unsigned long spfn, epfn, flags;
2203         unsigned long nr_pages = 0;
2204         u64 i;
2205
2206         /* Only the last zone may have deferred pages */
2207         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
2208                 return false;
2209
2210         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
2211
2212         /*
2213          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
2214          * true, as there might be enough pages already.
2215          */
2216         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
2217                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2218                 return true;
2219         }
2220
2221         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
2222         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
2223                                                  first_deferred_pfn)) {
2224                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
2225                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2226                 /* Retry only once. */
2227                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
2228         }
2229
2230         /*
2231          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
2232          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
2233          * allocator.
2234          */
2235         while (spfn < epfn) {
2236                 /* update our first deferred PFN for this section */
2237                 first_deferred_pfn = spfn;
2238
2239                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
2240                 touch_nmi_watchdog();
2241
2242                 /* We should only stop along section boundaries */
2243                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
2244                         continue;
2245
2246                 /* If our quota has been met we can stop here */
2247                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
2248                         break;
2249         }
2250
2251         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
2252         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
2253
2254         return nr_pages > 0;
2255 }
2256
2257 /*
2258  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
2259  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
2260  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
2261  * and to ensure that the function body gets unloaded.
2262  */
2263 static bool __ref
2264 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
2265 {
2266         return deferred_grow_zone(zone, order);
2267 }
2268
2269 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
2270
2271 void __init page_alloc_init_late(void)
2272 {
2273         struct zone *zone;
2274         int nid;
2275
2276 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
2277
2278         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
2279         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
2280         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
2281                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
2282         }
2283
2284         /* Block until all are initialised */
2285         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
2286
2287         /*
2288          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
2289          * on-demand struct page initialization.
2290          */
2291         static_branch_disable(&deferred_pages);
2292
2293         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
2294         files_maxfiles_init();
2295 #endif
2296
2297         buffer_init();
2298
2299         /* Discard memblock private memory */
2300         memblock_discard();
2301
2302         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
2303                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
2304
2305         for_each_populated_zone(zone)
2306                 set_zone_contiguous(zone);
2307 }
2308
2309 #ifdef CONFIG_CMA
2310 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
2311 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
2312 {
2313         unsigned i = pageblock_nr_pages;
2314         struct page *p = page;
2315
2316         do {
2317                 __ClearPageReserved(p);
2318                 set_page_count(p, 0);
2319         } while (++p, --i);
2320
2321         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
2322         set_page_refcounted(page);
2323         __free_pages(page, pageblock_order);
2324
2325         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
2326         page_zone(page)->cma_pages += pageblock_nr_pages;
2327 }
2328 #endif
2329
2330 /*
2331  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
2332  * Please do not alter this order without good reasons and regression
2333  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
2334  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
2335  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
2336  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
2337  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
2338  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
2339  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
2340  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
2341  *
2342  * -- nyc
2343  */
2344 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
2345         int low, int high, int migratetype)
2346 {
2347         unsigned long size = 1 << high;
2348
2349         while (high > low) {
2350                 high--;
2351                 size >>= 1;
2352                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
2353
2354                 /*
2355                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
2356                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
2357                  * Corresponding page table entries will not be touched,
2358                  * pages will stay not present in virtual address space
2359                  */
2360                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
2361                         continue;
2362
2363                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
2364                 set_buddy_order(&page[size], high);
2365         }
2366 }
2367
2368 static void check_new_page_bad(struct page *page)
2369 {
2370         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
2371                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
2372                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
2373                 return;
2374         }
2375
2376         bad_page(page,
2377                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
2378 }
2379
2380 /*
2381  * This page is about to be returned from the page allocator
2382  */
2383 static inline int check_new_page(struct page *page)
2384 {
2385         if (likely(page_expected_state(page,
2386                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2387                 return 0;
2388
2389         check_new_page_bad(page);
2390         return 1;
2391 }
2392
2393 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2394 {
2395         int i;
2396         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2397                 struct page *p = page + i;
2398
2399                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2400                         return true;
2401         }
2402
2403         return false;
2404 }
2405
2406 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2407 /*
2408  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2409  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2410  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2411  */
2412 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2413 {
2414         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2415                 return check_new_pages(page, order);
2416         else
2417                 return false;
2418 }
2419
2420 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2421 {
2422         return check_new_pages(page, order);
2423 }
2424 #else
2425 /*
2426  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2427  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2428  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2429  */
2430 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page, unsigned int order)
2431 {
2432         return check_new_pages(page, order);
2433 }
2434 static inline bool check_new_pcp(struct page *page, unsigned int order)
2435 {
2436         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2437                 return check_new_pages(page, order);
2438         else
2439                 return false;
2440 }
2441 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2442
2443 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
2444 {
2445         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
2446         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
2447             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
2448                 return false;
2449
2450         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2451         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2452                 return true;
2453
2454         /*
2455          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
2456          * requested via __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON.
2457          */
2458         return flags & __GFP_SKIP_KASAN_UNPOISON;
2459 }
2460
2461 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
2462 {
2463         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
2464         if (!kasan_hw_tags_enabled())
2465                 return false;
2466
2467         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
2468         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
2469 }
2470
2471 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2472                                 gfp_t gfp_flags)
2473 {
2474         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
2475                         !should_skip_init(gfp_flags);
2476         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
2477         bool reset_tags = !zero_tags;
2478         int i;
2479
2480         set_page_private(page, 0);
2481         set_page_refcounted(page);
2482
2483         arch_alloc_page(page, order);
2484         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
2485
2486         /*
2487          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
2488          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
2489          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
2490          */
2491         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
2492
2493         /*
2494          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
2495          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
2496          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
2497          */
2498
2499         /*
2500          * If memory tags should be zeroed
2501          * (which happens only when memory should be initialized as well).
2502          */
2503         if (zero_tags) {
2504                 /* Initialize both memory and tags. */
2505                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2506                         tag_clear_highpage(page + i);
2507
2508                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
2509                 init = false;
2510         }
2511         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags)) {
2512                 /* Try unpoisoning (or setting tags) and initializing memory. */
2513                 if (kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
2514                         /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
2515                         if (kasan_has_integrated_init())
2516                                 init = false;
2517                         /* Take note that memory tags were set by KASAN. */
2518                         reset_tags = false;
2519                 } else {
2520                         /*
2521                          * KASAN decided to exclude this allocation from being
2522                          * poisoned due to sampling. Skip poisoning as well.
2523                          */
2524                         SetPageSkipKASanPoison(page);
2525                 }
2526         }
2527         /*
2528          * If memory tags have not been set, reset the page tags to ensure
2529          * page_address() dereferencing does not fault.
2530          */
2531         if (reset_tags) {
2532                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
2533                         page_kasan_tag_reset(page + i);
2534         }
2535         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
2536         if (init)
2537                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
2538         /* Propagate __GFP_SKIP_KASAN_POISON to page flags. */
2539         if (kasan_hw_tags_enabled() && (gfp_flags & __GFP_SKIP_KASAN_POISON))
2540                 SetPageSkipKASanPoison(page);
2541
2542         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2543         page_table_check_alloc(page, order);
2544 }
2545
2546 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2547                                                         unsigned int alloc_flags)
2548 {
2549         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2550
2551         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2552                 prep_compound_page(page, order);
2553
2554         /*
2555          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2556          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2557          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2558          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2559          */
2560         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2561                 set_page_pfmemalloc(page);
2562         else
2563                 clear_page_pfmemalloc(page);
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2568  * the smallest available page from the freelists
2569  */
2570 static __always_inline
2571 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2572                                                 int migratetype)
2573 {
2574         unsigned int current_order;
2575         struct free_area *area;
2576         struct page *page;
2577
2578         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2579         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2580                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2581                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2582                 if (!page)
2583                         continue;
2584                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
2585                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
2586                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2587                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
2588                                 pcp_allowed_order(order) &&
2589                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
2590                 return page;
2591         }
2592
2593         return NULL;
2594 }
2595
2596
2597 /*
2598  * This array describes the order lists are fallen back to when
2599  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2600  *
2601  * The other migratetypes do not have fallbacks.
2602  */
2603 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] = {
2604         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2605         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2606         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2607 };
2608
2609 #ifdef CONFIG_CMA
2610 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2611                                         unsigned int order)
2612 {
2613         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2614 }
2615 #else
2616 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2617                                         unsigned int order) { return NULL; }
2618 #endif
2619
2620 /*
2621  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
2622  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2623  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2624  */
2625 static int move_freepages(struct zone *zone,
2626                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
2627                           int migratetype, int *num_movable)
2628 {
2629         struct page *page;
2630         unsigned long pfn;
2631         unsigned int order;
2632         int pages_moved = 0;
2633
2634         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
2635                 page = pfn_to_page(pfn);
2636                 if (!PageBuddy(page)) {
2637                         /*
2638                          * We assume that pages that could be isolated for
2639                          * migration are movable. But we don't actually try
2640                          * isolating, as that would be expensive.
2641                          */
2642                         if (num_movable &&
2643                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2644                                 (*num_movable)++;
2645                         pfn++;
2646                         continue;
2647                 }
2648
2649                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2650                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2651                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
2652
2653                 order = buddy_order(page);
2654                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
2655                 pfn += 1 << order;
2656                 pages_moved += 1 << order;
2657         }
2658
2659         return pages_moved;
2660 }
2661
2662 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2663                                 int migratetype, int *num_movable)
2664 {
2665         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
2666
2667         if (num_movable)
2668                 *num_movable = 0;
2669
2670         pfn = page_to_pfn(page);
2671         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
2672         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
2673
2674         /* Do not cross zone boundaries */
2675         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2676                 start_pfn = pfn;
2677         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2678                 return 0;
2679
2680         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
2681                                                                 num_movable);
2682 }
2683
2684 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2685                                         int start_order, int migratetype)
2686 {
2687         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2688
2689         while (nr_pageblocks--) {
2690                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2691                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2692         }
2693 }
2694
2695 /*
2696  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2697  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2698  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2699  *
2700  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2701  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2702  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2703  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2704  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2705  * pageblocks.
2706  */
2707 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2708 {
2709         /*
2710          * Leaving this order check is intended, although there is
2711          * relaxed order check in next check. The reason is that
2712          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2713          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2714          * so could be changed anytime.
2715          */
2716         if (order >= pageblock_order)
2717                 return true;
2718
2719         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2720                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2721                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2722                 page_group_by_mobility_disabled)
2723                 return true;
2724
2725         return false;
2726 }
2727
2728 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2729 {
2730         unsigned long max_boost;
2731
2732         if (!watermark_boost_factor)
2733                 return false;
2734         /*
2735          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2736          * On small machines, including kdump capture kernels running
2737          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2738          * memory situation immediately.
2739          */
2740         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2741                 return false;
2742
2743         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2744                         watermark_boost_factor, 10000);
2745
2746         /*
2747          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2748          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2749          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2750          * allocations that early means that reclaim is not going
2751          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2752          * boosted watermark resulting in a hang.
2753          */
2754         if (!max_boost)
2755                 return false;
2756
2757         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2758
2759         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2760                 max_boost);
2761
2762         return true;
2763 }
2764
2765 /*
2766  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2767  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2768  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2769  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2770  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2771  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2772  */
2773 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2774                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2775 {
2776         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2777         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2778         int old_block_type;
2779
2780         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2781
2782         /*
2783          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2784          * highatomic accounting.
2785          */
2786         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2787                 goto single_page;
2788
2789         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2790         if (current_order >= pageblock_order) {
2791                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2792                 goto single_page;
2793         }
2794
2795         /*
2796          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2797          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2798          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2799          */
2800         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2801                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2802
2803         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2804         if (!whole_block)
2805                 goto single_page;
2806
2807         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2808                                                 &movable_pages);
2809         /*
2810          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2811          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2812          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2813          */
2814         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2815                 alike_pages = movable_pages;
2816         } else {
2817                 /*
2818                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2819                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2820                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2821                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2822                  * exact migratetype of non-movable pages.
2823                  */
2824                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2825                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2826                                                 - (free_pages + movable_pages);
2827                 else
2828                         alike_pages = 0;
2829         }
2830
2831         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2832         if (!free_pages)
2833                 goto single_page;
2834
2835         /*
2836          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2837          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2838          */
2839         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2840                         page_group_by_mobility_disabled)
2841                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2842
2843         return;
2844
2845 single_page:
2846         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2847 }
2848
2849 /*
2850  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2851  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2852  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2853  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2854  */
2855 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2856                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2857 {
2858         int i;
2859         int fallback_mt;
2860
2861         if (area->nr_free == 0)
2862                 return -1;
2863
2864         *can_steal = false;
2865         for (i = 0;; i++) {
2866                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2867                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2868                         break;
2869
2870                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2871                         continue;
2872
2873                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2874                         *can_steal = true;
2875
2876                 if (!only_stealable)
2877                         return fallback_mt;
2878
2879                 if (*can_steal)
2880                         return fallback_mt;
2881         }
2882
2883         return -1;
2884 }
2885
2886 /*
2887  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2888  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2889  */
2890 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2891                                 unsigned int alloc_order)
2892 {
2893         int mt;
2894         unsigned long max_managed, flags;
2895
2896         /*
2897          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2898          * Check is race-prone but harmless.
2899          */
2900         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2901         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2902                 return;
2903
2904         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2905
2906         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2907         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2908                 goto out_unlock;
2909
2910         /* Yoink! */
2911         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2912         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2913         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2914                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2915                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2916                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2917         }
2918
2919 out_unlock:
2920         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2921 }
2922
2923 /*
2924  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2925  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2926  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2927  * to recover from than an OOM.
2928  *
2929  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2930  * pageblock is exhausted.
2931  */
2932 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2933                                                 bool force)
2934 {
2935         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2936         unsigned long flags;
2937         struct zoneref *z;
2938         struct zone *zone;
2939         struct page *page;
2940         int order;
2941         bool ret;
2942
2943         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2944                                                                 ac->nodemask) {
2945                 /*
2946                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2947                  * is really high.
2948                  */
2949                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2950                                         pageblock_nr_pages)
2951                         continue;
2952
2953                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2954                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2955                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2956
2957                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2958                         if (!page)
2959                                 continue;
2960
2961                         /*
2962                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2963                          * we can counter several free pages in a pageblock
2964                          * in this loop although we changed the pageblock type
2965                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2966                          * adjust the count once.
2967                          */
2968                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2969                                 /*
2970                                  * It should never happen but changes to
2971                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2972                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2973                                  * while unreserving so be safe and watch for
2974                                  * underflows.
2975                                  */
2976                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2977                                                 pageblock_nr_pages,
2978                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2979                         }
2980
2981                         /*
2982                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2983                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2984                          * is doing the work and needs the pages. More
2985                          * importantly, if the block was always converted to
2986                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2987                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2988                          * may increase.
2989                          */
2990                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2991                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2992                                                                         NULL);
2993                         if (ret) {
2994                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2995                                 return ret;
2996                         }
2997                 }
2998                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2999         }
3000
3001         return false;
3002 }
3003
3004 /*
3005  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
3006  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
3007  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
3008  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
3009  *
3010  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
3011  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
3012  * condition simpler.
3013  */
3014 static __always_inline bool
3015 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
3016                                                 unsigned int alloc_flags)
3017 {
3018         struct free_area *area;
3019         int current_order;
3020         int min_order = order;
3021         struct page *page;
3022         int fallback_mt;
3023         bool can_steal;
3024
3025         /*
3026          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
3027          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
3028          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
3029          */
3030         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
3031                 min_order = pageblock_order;
3032
3033         /*
3034          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
3035          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
3036          * would be too costly to do exactly.
3037          */
3038         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
3039                                 --current_order) {
3040                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3041                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3042                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3043                 if (fallback_mt == -1)
3044                         continue;
3045
3046                 /*
3047                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
3048                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
3049                  * steal and split the smallest available page instead of the
3050                  * largest available page, because even if the next movable
3051                  * allocation falls back into a different pageblock than this
3052                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
3053                  */
3054                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
3055                                         && current_order > order)
3056                         goto find_smallest;
3057
3058                 goto do_steal;
3059         }
3060
3061         return false;
3062
3063 find_smallest:
3064         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
3065                                                         current_order++) {
3066                 area = &(zone->free_area[current_order]);
3067                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
3068                                 start_migratetype, false, &can_steal);
3069                 if (fallback_mt != -1)
3070                         break;
3071         }
3072
3073         /*
3074          * This should not happen - we already found a suitable fallback
3075          * when looking for the largest page.
3076          */
3077         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
3078
3079 do_steal:
3080         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
3081
3082         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
3083                                                                 can_steal);
3084
3085         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
3086                 start_migratetype, fallback_mt);
3087
3088         return true;
3089
3090 }
3091
3092 /*
3093  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
3094  * Call me with the zone->lock already held.
3095  */
3096 static __always_inline struct page *
3097 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
3098                                                 unsigned int alloc_flags)
3099 {
3100         struct page *page;
3101
3102         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
3103                 /*
3104                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
3105                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
3106                  * is in the CMA area.
3107                  */
3108                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
3109                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
3110                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
3111                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3112                         if (page)
3113                                 return page;
3114                 }
3115         }
3116 retry:
3117         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
3118         if (unlikely(!page)) {
3119                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
3120                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
3121
3122                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
3123                                                                 alloc_flags))
3124                         goto retry;
3125         }
3126         return page;
3127 }
3128
3129 /*
3130  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
3131  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
3132  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
3133  */
3134 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
3135                         unsigned long count, struct list_head *list,
3136                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3137 {
3138         unsigned long flags;
3139         int i, allocated = 0;
3140
3141         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3142         for (i = 0; i < count; ++i) {
3143                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
3144                                                                 alloc_flags);
3145                 if (unlikely(page == NULL))
3146                         break;
3147
3148                 if (unlikely(check_pcp_refill(page, order)))
3149                         continue;
3150
3151                 /*
3152                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
3153                  * physical page order. The page is added to the tail of
3154                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
3155                  * is ordered by page number under some conditions. This is
3156                  * useful for IO devices that can forward direction from the
3157                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
3158                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
3159                  * pages are ordered properly.
3160                  */
3161                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
3162                 allocated++;
3163                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
3164                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
3165                                               -(1 << order));
3166         }
3167
3168         /*
3169          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
3170          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
3171          * on i. Do not confuse with 'allocated' which is the number of
3172          * pages added to the pcp list.
3173          */
3174         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
3175         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3176         return allocated;
3177 }
3178
3179 #ifdef CONFIG_NUMA
3180 /*
3181  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
3182  * currently executing processor on remote nodes after they have
3183  * expired.
3184  */
3185 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
3186 {
3187         int to_drain, batch;
3188
3189         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3190         to_drain = min(pcp->count, batch);
3191         if (to_drain > 0) {
3192                 spin_lock(&pcp->lock);
3193                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
3194                 spin_unlock(&pcp->lock);
3195         }
3196 }
3197 #endif
3198
3199 /*
3200  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
3201  */
3202 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
3203 {
3204         struct per_cpu_pages *pcp;
3205
3206         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3207         if (pcp->count) {
3208                 spin_lock(&pcp->lock);
3209                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
3210                 spin_unlock(&pcp->lock);
3211         }
3212 }
3213
3214 /*
3215  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
3216  */
3217 static void drain_pages(unsigned int cpu)
3218 {
3219         struct zone *zone;
3220
3221         for_each_populated_zone(zone) {
3222                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3223         }
3224 }
3225
3226 /*
3227  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
3228  */
3229 void drain_local_pages(struct zone *zone)
3230 {
3231         int cpu = smp_processor_id();
3232
3233         if (zone)
3234                 drain_pages_zone(cpu, zone);
3235         else
3236                 drain_pages(cpu);
3237 }
3238
3239 /*
3240  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
3241  * drain on all cpus.
3242  *
3243  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
3244  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
3245  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
3246  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
3247  * optimizing racy check.
3248  */
3249 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
3250 {
3251         int cpu;
3252
3253         /*
3254          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
3255          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
3256          */
3257         static cpumask_t cpus_with_pcps;
3258
3259         /*
3260          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
3261          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
3262          * the drain to be complete when the call returns.
3263          */
3264         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
3265                 if (!zone)
3266                         return;
3267                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
3268         }
3269
3270         /*
3271          * We don't care about racing with CPU hotplug event
3272          * as offline notification will cause the notified
3273          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
3274          * disables preemption as part of its processing
3275          */
3276         for_each_online_cpu(cpu) {
3277                 struct per_cpu_pages *pcp;
3278                 struct zone *z;
3279                 bool has_pcps = false;
3280
3281                 if (force_all_cpus) {
3282                         /*
3283                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
3284                          * guarantee that no cpu is missed.
3285                          */
3286                         has_pcps = true;
3287                 } else if (zone) {
3288                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
3289                         if (pcp->count)
3290                                 has_pcps = true;
3291                 } else {
3292                         for_each_populated_zone(z) {
3293                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
3294                                 if (pcp->count) {
3295                                         has_pcps = true;
3296                                         break;
3297                                 }
3298                         }
3299                 }
3300
3301                 if (has_pcps)
3302                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3303                 else
3304                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
3305         }
3306
3307         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
3308                 if (zone)
3309                         drain_pages_zone(cpu, zone);
3310                 else
3311                         drain_pages(cpu);
3312         }
3313
3314         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
3315 }
3316
3317 /*
3318  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
3319  *
3320  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
3321  */
3322 void drain_all_pages(struct zone *zone)
3323 {
3324         __drain_all_pages(zone, false);
3325 }
3326
3327 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
3328
3329 /*
3330  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
3331  */
3332 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
3333
3334 void mark_free_pages(struct zone *zone)
3335 {
3336         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
3337         unsigned long flags;
3338         unsigned int order, t;
3339         struct page *page;
3340
3341         if (zone_is_empty(zone))
3342                 return;
3343
3344         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3345
3346         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
3347         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
3348                 if (pfn_valid(pfn)) {
3349                         page = pfn_to_page(pfn);
3350
3351                         if (!--page_count) {
3352                                 touch_nmi_watchdog();
3353                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
3354                         }
3355
3356                         if (page_zone(page) != zone)
3357                                 continue;
3358
3359                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
3360                                 swsusp_unset_page_free(page);
3361                 }
3362
3363         for_each_migratetype_order(order, t) {
3364                 list_for_each_entry(page,
3365                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
3366                         unsigned long i;
3367
3368                         pfn = page_to_pfn(page);
3369                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
3370                                 if (!--page_count) {
3371                                         touch_nmi_watchdog();
3372                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
3373                                 }
3374                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
3375                         }
3376                 }
3377         }
3378         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3379 }
3380 #endif /* CONFIG_PM */
3381
3382 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
3383                                                         unsigned int order)
3384 {
3385         int migratetype;
3386
3387         if (!free_pcp_prepare(page, order))
3388                 return false;
3389
3390         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
3391         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
3392         return true;
3393 }
3394
3395 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
3396                        bool free_high)
3397 {
3398         int min_nr_free, max_nr_free;
3399
3400         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
3401         if (unlikely(free_high))
3402                 return pcp->count;
3403
3404         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3405         if (unlikely(high < batch))
3406                 return 1;
3407
3408         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
3409         min_nr_free = batch;
3410         max_nr_free = high - batch;
3411
3412         /*
3413          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
3414          * freeing of pages without any allocation.
3415          */
3416         batch <<= pcp->free_factor;
3417         if (batch < max_nr_free)
3418                 pcp->free_factor++;
3419         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
3420
3421         return batch;
3422 }
3423
3424 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
3425                        bool free_high)
3426 {
3427         int high = READ_ONCE(pcp->high);
3428
3429         if (unlikely(!high || free_high))
3430                 return 0;
3431
3432         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
3433                 return high;
3434
3435         /*
3436          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
3437          * stored on pcp lists
3438          */
3439         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
3440 }
3441
3442 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
3443                                    struct page *page, int migratetype,
3444                                    unsigned int order)
3445 {
3446         int high;
3447         int pindex;
3448         bool free_high;
3449
3450         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
3451         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
3452         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
3453         pcp->count += 1 << order;
3454
3455         /*
3456          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
3457          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
3458          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
3459          * stops will be drained from vmstat refresh context.
3460          */
3461         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
3462
3463         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
3464         if (pcp->count >= high) {
3465                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3466
3467                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
3468         }
3469 }
3470
3471 /*
3472  * Free a pcp page
3473  */
3474 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
3475 {
3476         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3477         struct per_cpu_pages *pcp;
3478         struct zone *zone;
3479         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3480         int migratetype;
3481
3482         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
3483                 return;
3484
3485         /*
3486          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
3487          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
3488          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
3489          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
3490          * excessively into the page allocator
3491          */
3492         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3493         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
3494                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3495                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3496                         return;
3497                 }
3498                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3499         }
3500
3501         zone = page_zone(page);
3502         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3503         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3504         if (pcp) {
3505                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
3506                 pcp_spin_unlock(pcp);
3507         } else {
3508                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
3509         }
3510         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3511 }
3512
3513 /*
3514  * Free a list of 0-order pages
3515  */
3516 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3517 {
3518         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3519         struct page *page, *next;
3520         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
3521         struct zone *locked_zone = NULL;
3522         int batch_count = 0;
3523         int migratetype;
3524
3525         /* Prepare pages for freeing */
3526         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3527                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3528                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
3529                         list_del(&page->lru);
3530                         continue;
3531                 }
3532
3533                 /*
3534                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
3535                  * comment in free_unref_page.
3536                  */
3537                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3538                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
3539                         list_del(&page->lru);
3540                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
3541                         continue;
3542                 }
3543         }
3544
3545         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3546                 struct zone *zone = page_zone(page);
3547
3548                 list_del(&page->lru);
3549                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
3550
3551                 /*
3552                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
3553                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
3554                  * pages.
3555                  */
3556                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3557                         if (pcp) {
3558                                 pcp_spin_unlock(pcp);
3559                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3560                         }
3561
3562                         batch_count = 0;
3563
3564                         /*
3565                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
3566                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
3567                          */
3568                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3569                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3570                         if (unlikely(!pcp)) {
3571                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3572                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
3573                                               0, migratetype, FPI_NONE);
3574                                 locked_zone = NULL;
3575                                 continue;
3576                         }
3577                         locked_zone = zone;
3578                 }
3579
3580                 /*
3581                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
3582                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
3583                  */
3584                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
3585                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
3586
3587                 trace_mm_page_free_batched(page);
3588                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
3589                 batch_count++;
3590         }
3591
3592         if (pcp) {
3593                 pcp_spin_unlock(pcp);
3594                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3595         }
3596 }
3597
3598 /*
3599  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3600  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3601  * Each sub-page must be freed individually.
3602  *
3603  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3604  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3605  */
3606 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3607 {
3608         int i;
3609
3610         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3611         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3612
3613         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3614                 set_page_refcounted(page + i);
3615         split_page_owner(page, 1 << order);
3616         split_page_memcg(page, 1 << order);
3617 }
3618 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3619
3620 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3621 {
3622         struct zone *zone = page_zone(page);
3623         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3624
3625         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3626                 unsigned long watermark;
3627                 /*
3628                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3629                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3630                  * watermark, because we already know our high-order page
3631                  * exists.
3632                  */
3633                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3634                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3635                         return 0;
3636
3637                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3638         }
3639
3640         del_page_from_free_list(page, zone, order);
3641
3642         /*
3643          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3644          * pageblock
3645          */
3646         if (order >= pageblock_order - 1) {
3647                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3648                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3649                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3650                         /*
3651                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
3652                          * with others)
3653                          */
3654                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
3655                                 set_pageblock_migratetype(page,
3656                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3657                 }
3658         }
3659
3660         return 1UL << order;
3661 }
3662
3663 /**
3664  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
3665  * @page: Page that was isolated
3666  * @order: Order of the isolated page
3667  * @mt: The page's pageblock's migratetype
3668  *
3669  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
3670  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
3671  */
3672 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
3673 {
3674         struct zone *zone = page_zone(page);
3675
3676         /* zone lock should be held when this function is called */
3677         lockdep_assert_held(&zone->lock);
3678
3679         /* Return isolated page to tail of freelist. */
3680         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
3681                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
3682 }
3683
3684 /*
3685  * Update NUMA hit/miss statistics
3686  */
3687 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
3688                                    long nr_account)
3689 {
3690 #ifdef CONFIG_NUMA
3691         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3692
3693         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3694         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3695                 return;
3696
3697         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3698                 local_stat = NUMA_OTHER;
3699
3700         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3701                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
3702         else {
3703                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
3704                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
3705         }
3706         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
3707 #endif
3708 }
3709
3710 static __always_inline
3711 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
3712                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
3713                            int migratetype)
3714 {
3715         struct page *page;
3716         unsigned long flags;
3717
3718         do {
3719                 page = NULL;
3720                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3721                 /*
3722                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
3723                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
3724                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
3725                  * request should skip it.
3726                  */
3727                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
3728                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3729                 if (!page) {
3730                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3731
3732                         /*
3733                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
3734                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
3735                          * failing a high-order atomic allocation in the
3736                          * future.
3737                          */
3738                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
3739                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3740
3741                         if (!page) {
3742                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3743                                 return NULL;
3744                         }
3745                 }
3746                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3747                                           get_pcppage_migratetype(page));
3748                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3749         } while (check_new_pages(page, order));
3750
3751         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3752         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3753
3754         return page;
3755 }
3756
3757 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3758 static inline
3759 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3760                         int migratetype,
3761                         unsigned int alloc_flags,
3762                         struct per_cpu_pages *pcp,
3763                         struct list_head *list)
3764 {
3765         struct page *page;
3766
3767         do {
3768                 if (list_empty(list)) {
3769                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3770                         int alloced;
3771
3772                         /*
3773                          * Scale batch relative to order if batch implies
3774                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3775                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3776                          * should never store free pages as the pages may
3777                          * belong to arbitrary zones.
3778                          */
3779                         if (batch > 1)
3780                                 batch = max(batch >> order, 2);
3781                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3782                                         batch, list,
3783                                         migratetype, alloc_flags);
3784
3785                         pcp->count += alloced << order;
3786                         if (unlikely(list_empty(list)))
3787                                 return NULL;
3788                 }
3789
3790                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3791                 list_del(&page->pcp_list);
3792                 pcp->count -= 1 << order;
3793         } while (check_new_pcp(page, order));
3794
3795         return page;
3796 }
3797
3798 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3799 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3800                         struct zone *zone, unsigned int order,
3801                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3802 {
3803         struct per_cpu_pages *pcp;
3804         struct list_head *list;
3805         struct page *page;
3806         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3807
3808         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
3809         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3810         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3811         if (!pcp) {
3812                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3813                 return NULL;
3814         }
3815
3816         /*
3817          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3818          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3819          * frees.
3820          */
3821         pcp->free_factor >>= 1;
3822         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3823         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3824         pcp_spin_unlock(pcp);
3825         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3826         if (page) {
3827                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3828                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3829         }
3830         return page;
3831 }
3832
3833 /*
3834  * Allocate a page from the given zone.
3835  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3836  */
3837
3838 /*
3839  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3840  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3841  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3842  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3843  */
3844 __no_sanitize_memory
3845 static inline
3846 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3847                         struct zone *zone, unsigned int order,
3848                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3849                         int migratetype)
3850 {
3851         struct page *page;
3852
3853         /*
3854          * We most definitely don't want callers attempting to
3855          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3856          */
3857         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3858
3859         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3860                 /*
3861                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3862                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3863                  */
3864                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3865                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3866                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3867                                         migratetype, alloc_flags);
3868                         if (likely(page))
3869                                 goto out;
3870                 }
3871         }
3872
3873         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3874                                                         migratetype);
3875
3876 out:
3877         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3878         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3879                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3880                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3881         }
3882
3883         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3884         return page;
3885 }
3886
3887 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3888
3889 static struct {
3890         struct fault_attr attr;
3891
3892         bool ignore_gfp_highmem;
3893         bool ignore_gfp_reclaim;
3894         u32 min_order;
3895 } fail_page_alloc = {
3896         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3897         .ignore_gfp_reclaim = true,
3898         .ignore_gfp_highmem = true,
3899         .min_order = 1,
3900 };
3901
3902 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3903 {
3904         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3905 }
3906 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3907
3908 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3909 {
3910         int flags = 0;
3911
3912         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3913                 return false;
3914         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3915                 return false;
3916         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3917                 return false;
3918         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3919                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3920                 return false;
3921
3922         /* See comment in __should_failslab() */
3923         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3924                 flags |= FAULT_NOWARN;
3925
3926         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3927 }
3928
3929 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3930
3931 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3932 {
3933         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3934         struct dentry *dir;
3935
3936         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3937                                         &fail_page_alloc.attr);
3938
3939         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3940                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3941         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3942                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3943         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3944
3945         return 0;
3946 }
3947
3948 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3949
3950 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3951
3952 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3953
3954 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3955 {
3956         return false;
3957 }
3958
3959 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3960
3961 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3962 {
3963         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3964 }
3965 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3966
3967 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3968                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3969 {
3970         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3971         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3972
3973         /*
3974          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3975          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3976          * atomic reserve but it avoids a search.
3977          */
3978         if (likely(!alloc_harder))
3979                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3980
3981 #ifdef CONFIG_CMA
3982         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3983         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3984                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3985 #endif
3986
3987         return unusable_free;
3988 }
3989
3990 /*
3991  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3992  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3993  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3994  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3995  */
3996 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3997                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3998                          long free_pages)
3999 {
4000         long min = mark;
4001         int o;
4002         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
4003
4004         /* free_pages may go negative - that's OK */
4005         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
4006
4007         if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
4008                 min -= min / 2;
4009
4010         if (unlikely(alloc_harder)) {
4011                 /*
4012                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
4013                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
4014                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
4015                  * makes during the free path will be small and short-lived.
4016                  */
4017                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
4018                         min -= min / 2;
4019                 else
4020                         min -= min / 4;
4021         }
4022
4023         /*
4024          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
4025          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
4026          * even if a suitable page happened to be free.
4027          */
4028         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4029                 return false;
4030
4031         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
4032         if (!order)
4033                 return true;
4034
4035         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
4036         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
4037                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
4038                 int mt;
4039
4040                 if (!area->nr_free)
4041                         continue;
4042
4043                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
4044                         if (!free_area_empty(area, mt))
4045                                 return true;
4046                 }
4047
4048 #ifdef CONFIG_CMA
4049                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
4050                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
4051                         return true;
4052                 }
4053 #endif
4054                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
4055                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
4056                         return true;
4057                 }
4058         }
4059         return false;
4060 }
4061
4062 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
4063                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
4064 {
4065         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4066                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
4067 }
4068
4069 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
4070                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
4071                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
4072 {
4073         long free_pages;
4074
4075         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4076
4077         /*
4078          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
4079          * need to be calculated.
4080          */
4081         if (!order) {
4082                 long usable_free;
4083                 long reserved;
4084
4085                 usable_free = free_pages;
4086                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
4087
4088                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
4089                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
4090                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
4091                         return true;
4092         }
4093
4094         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
4095                                         free_pages))
4096                 return true;
4097         /*
4098          * Ignore watermark boosting for GFP_ATOMIC order-0 allocations
4099          * when checking the min watermark. The min watermark is the
4100          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
4101          * when below the low watermark.
4102          */
4103         if (unlikely(!order && (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) && z->watermark_boost
4104                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
4105                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
4106                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
4107                                         alloc_flags, free_pages);
4108         }
4109
4110         return false;
4111 }
4112
4113 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
4114                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
4115 {
4116         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
4117
4118         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
4119                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
4120
4121         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
4122                                                                 free_pages);
4123 }
4124
4125 #ifdef CONFIG_NUMA
4126 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
4127
4128 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4129 {
4130         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
4131                                 node_reclaim_distance;
4132 }
4133 #else   /* CONFIG_NUMA */
4134 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
4135 {
4136         return true;
4137 }
4138 #endif  /* CONFIG_NUMA */
4139
4140 /*
4141  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
4142  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
4143  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
4144  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
4145  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
4146  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
4147  */
4148 static inline unsigned int
4149 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
4150 {
4151         unsigned int alloc_flags;
4152
4153         /*
4154          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4155          * to save a branch.
4156          */
4157         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
4158
4159 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
4160         if (!zone)
4161                 return alloc_flags;
4162
4163         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
4164                 return alloc_flags;
4165
4166         /*
4167          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
4168          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
4169          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
4170          */
4171         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
4172         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
4173                 return alloc_flags;
4174
4175         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4176 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
4177         return alloc_flags;
4178 }
4179
4180 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
4181 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
4182                                                   unsigned int alloc_flags)
4183 {
4184 #ifdef CONFIG_CMA
4185         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4186                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4187 #endif
4188         return alloc_flags;
4189 }
4190
4191 /*
4192  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
4193  * a page.
4194  */
4195 static struct page *
4196 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
4197                                                 const struct alloc_context *ac)
4198 {
4199         struct zoneref *z;
4200         struct zone *zone;
4201         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
4202         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
4203         bool no_fallback;
4204
4205 retry:
4206         /*
4207          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
4208          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
4209          */
4210         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
4211         z = ac->preferred_zoneref;
4212         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
4213                                         ac->nodemask) {
4214                 struct page *page;
4215                 unsigned long mark;
4216
4217                 if (cpusets_enabled() &&
4218                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4219                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4220                                 continue;
4221                 /*
4222                  * When allocating a page cache page for writing, we
4223                  * want to get it from a node that is within its dirty
4224                  * limit, such that no single node holds more than its
4225                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
4226                  * The dirty limits take into account the node's
4227                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
4228                  * should be able to balance it without having to
4229                  * write pages from its LRU list.
4230                  *
4231                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
4232                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
4233                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
4234                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
4235                  * nodes are together not big enough to reach the
4236                  * global limit.  The proper fix for these situations
4237                  * will require awareness of nodes in the
4238                  * dirty-throttling and the flusher threads.
4239                  */
4240                 if (ac->spread_dirty_pages) {
4241                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4242                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4243                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
4244                         }
4245
4246                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
4247                                 continue;
4248                 }
4249
4250                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
4251                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
4252                         int local_nid;
4253
4254                         /*
4255                          * If moving to a remote node, retry but allow
4256                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
4257                          * than fragmentation avoidance.
4258                          */
4259                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
4260                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
4261                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4262                                 goto retry;
4263                         }
4264                 }
4265
4266                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
4267                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
4268                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
4269                                        gfp_mask)) {
4270                         int ret;
4271
4272 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4273                         /*
4274                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
4275                          * grow this zone if it contains deferred pages.
4276                          */
4277                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4278                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4279                                         goto try_this_zone;
4280                         }
4281 #endif
4282                         /* Checked here to keep the fast path fast */
4283                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
4284                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
4285                                 goto try_this_zone;
4286
4287                         if (!node_reclaim_enabled() ||
4288                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
4289                                 continue;
4290
4291                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
4292                         switch (ret) {
4293                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
4294                                 /* did not scan */
4295                                 continue;
4296                         case NODE_RECLAIM_FULL:
4297                                 /* scanned but unreclaimable */
4298                                 continue;
4299                         default:
4300                                 /* did we reclaim enough */
4301                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
4302                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4303                                         goto try_this_zone;
4304
4305                                 continue;
4306                         }
4307                 }
4308
4309 try_this_zone:
4310                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
4311                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
4312                 if (page) {
4313                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4314
4315                         /*
4316                          * If this is a high-order atomic allocation then check
4317                          * if the pageblock should be reserved for the future
4318                          */
4319                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
4320                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
4321
4322                         return page;
4323                 } else {
4324 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
4325                         /* Try again if zone has deferred pages */
4326                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
4327                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
4328                                         goto try_this_zone;
4329                         }
4330 #endif
4331                 }
4332         }
4333
4334         /*
4335          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
4336          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
4337          */
4338         if (no_fallback) {
4339                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4340                 goto retry;
4341         }
4342
4343         return NULL;
4344 }
4345
4346 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
4347 {
4348         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4349
4350         /*
4351          * This documents exceptions given to allocations in certain
4352          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
4353          * of allowed nodes.
4354          */
4355         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4356                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
4357                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
4358                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4359         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4360                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
4361
4362         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
4363 }
4364
4365 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
4366 {
4367         struct va_format vaf;
4368         va_list args;
4369         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
4370
4371         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
4372              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
4373              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
4374                 return;
4375
4376         va_start(args, fmt);
4377         vaf.fmt = fmt;
4378         vaf.va = &args;
4379         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
4380                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
4381                         nodemask_pr_args(nodemask));
4382         va_end(args);
4383
4384         cpuset_print_current_mems_allowed();
4385         pr_cont("\n");
4386         dump_stack();
4387         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
4388 }
4389
4390 static inline struct page *
4391 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4392                               unsigned int alloc_flags,
4393                               const struct alloc_context *ac)
4394 {
4395         struct page *page;
4396
4397         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4398                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
4399         /*
4400          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
4401          * are depleted
4402          */
4403         if (!page)
4404                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
4405                                 alloc_flags, ac);
4406
4407         return page;
4408 }
4409
4410 static inline struct page *
4411 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4412         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
4413 {
4414         struct oom_control oc = {
4415                 .zonelist = ac->zonelist,
4416                 .nodemask = ac->nodemask,
4417                 .memcg = NULL,
4418                 .gfp_mask = gfp_mask,
4419                 .order = order,
4420         };
4421         struct page *page;
4422
4423         *did_some_progress = 0;
4424
4425         /*
4426          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
4427          * making progress for us.
4428          */
4429         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
4430                 *did_some_progress = 1;
4431                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4432                 return NULL;
4433         }
4434
4435         /*
4436          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
4437          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
4438          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
4439          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
4440          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
4441          */
4442         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
4443                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
4444                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
4445         if (page)
4446                 goto out;
4447
4448         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
4449         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
4450                 goto out;
4451         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
4452         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4453                 goto out;
4454         /*
4455          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
4456          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
4457          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
4458          * fallback than shooting a random task.
4459          *
4460          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
4461          */
4462         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
4463                 goto out;
4464         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
4465         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
4466                 goto out;
4467         if (pm_suspended_storage())
4468                 goto out;
4469         /*
4470          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
4471          * other request to make a forward progress.
4472          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
4473          * do much for this context but let's try it to at least get
4474          * access to memory reserved if the current task is killed (see
4475          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
4476          * failures more gracefully we should just bail out here.
4477          */
4478
4479         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
4480         if (out_of_memory(&oc) ||
4481             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
4482                 *did_some_progress = 1;
4483
4484                 /*
4485                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4486                  * reserves
4487                  */
4488                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
4489                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
4490                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
4491         }
4492 out:
4493         mutex_unlock(&oom_lock);
4494         return page;
4495 }
4496
4497 /*
4498  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
4499  * killer is consider as the only way to move forward.
4500  */
4501 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
4502
4503 #ifdef CONFIG_COMPACTION
4504 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
4505 static struct page *
4506 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4507                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4508                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4509 {
4510         struct page *page = NULL;
4511         unsigned long pflags;
4512         unsigned int noreclaim_flag;
4513
4514         if (!order)
4515                 return NULL;
4516
4517         psi_memstall_enter(&pflags);
4518         delayacct_compact_start();
4519         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4520
4521         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4522                                                                 prio, &page);
4523
4524         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4525         psi_memstall_leave(&pflags);
4526         delayacct_compact_end();
4527
4528         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
4529                 return NULL;
4530         /*
4531          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
4532          * count a compaction stall
4533          */
4534         count_vm_event(COMPACTSTALL);
4535
4536         /* Prep a captured page if available */
4537         if (page)
4538                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
4539
4540         /* Try get a page from the freelist if available */
4541         if (!page)
4542                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4543
4544         if (page) {
4545                 struct zone *zone = page_zone(page);
4546
4547                 zone->compact_blockskip_flush = false;
4548                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
4549                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
4550                 return page;
4551         }
4552
4553         /*
4554          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
4555          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
4556          */
4557         count_vm_event(COMPACTFAIL);
4558
4559         cond_resched();
4560
4561         return NULL;
4562 }
4563
4564 static inline bool
4565 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
4566                      enum compact_result compact_result,
4567                      enum compact_priority *compact_priority,
4568                      int *compaction_retries)
4569 {
4570         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
4571         int min_priority;
4572         bool ret = false;
4573         int retries = *compaction_retries;
4574         enum compact_priority priority = *compact_priority;
4575
4576         if (!order)
4577                 return false;
4578
4579         if (fatal_signal_pending(current))
4580                 return false;
4581
4582         if (compaction_made_progress(compact_result))
4583                 (*compaction_retries)++;
4584
4585         /*
4586          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
4587          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
4588          * failure could be caused by insufficient priority
4589          */
4590         if (compaction_failed(compact_result))
4591                 goto check_priority;
4592
4593         /*
4594          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
4595          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
4596          */
4597         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
4598                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
4599                 goto out;
4600         }
4601
4602         /*
4603          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
4604          * due to locks contention before we declare that we should give up.
4605          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
4606          * we don't just keep bailing out endlessly.
4607          */
4608         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
4609                 goto check_priority;
4610         }
4611
4612         /*
4613          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
4614          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
4615          * killer to move on while costly can fail and users are ready
4616          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
4617          * would need much more detailed feedback from compaction to
4618          * make a better decision.
4619          */
4620         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4621                 max_retries /= 4;
4622         if (*compaction_retries <= max_retries) {
4623                 ret = true;
4624                 goto out;
4625         }
4626
4627         /*
4628          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
4629          * all retries or failed at the lower priorities.
4630          */
4631 check_priority:
4632         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
4633                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
4634
4635         if (*compact_priority > min_priority) {
4636                 (*compact_priority)--;
4637                 *compaction_retries = 0;
4638                 ret = true;
4639         }
4640 out:
4641         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
4642         return ret;
4643 }
4644 #else
4645 static inline struct page *
4646 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4647                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4648                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
4649 {
4650         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4651         return NULL;
4652 }
4653
4654 static inline bool
4655 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
4656                      enum compact_result compact_result,
4657                      enum compact_priority *compact_priority,
4658                      int *compaction_retries)
4659 {
4660         struct zone *zone;
4661         struct zoneref *z;
4662
4663         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4664                 return false;
4665
4666         /*
4667          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4668          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4669          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4670          * watermarks are OK.
4671          */
4672         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4673                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4674                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4675                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4676                         return true;
4677         }
4678         return false;
4679 }
4680 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4681
4682 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4683 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4684         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4685
4686 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4687 {
4688         /* no reclaim without waiting on it */
4689         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4690                 return false;
4691
4692         /* this guy won't enter reclaim */
4693         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4694                 return false;
4695
4696         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4697                 return false;
4698
4699         return true;
4700 }
4701
4702 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4703 {
4704         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4705 }
4706
4707 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4708 {
4709         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4710 }
4711
4712 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4713 {
4714         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4715
4716         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4717                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4718                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4719
4720 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4721                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4722                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4723 #endif
4724
4725         }
4726 }
4727 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4728
4729 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4730 {
4731         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4732
4733         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4734                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4735                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4736         }
4737 }
4738 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4739 #endif
4740
4741 /*
4742  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4743  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4744  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4745  * embedded spin_lock.
4746  */
4747 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4748
4749 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4750 {
4751         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4752                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4753
4754         return 0;
4755 }
4756
4757 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4758 {
4759         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4760                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4761
4762         return seq;
4763 }
4764
4765 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4766 static unsigned long
4767 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4768                                         const struct alloc_context *ac)
4769 {
4770         unsigned int noreclaim_flag;
4771         unsigned long progress;
4772
4773         cond_resched();
4774
4775         /* We now go into synchronous reclaim */
4776         cpuset_memory_pressure_bump();
4777         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4778         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4779
4780         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4781                                                                 ac->nodemask);
4782
4783         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4784         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4785
4786         cond_resched();
4787
4788         return progress;
4789 }
4790
4791 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4792 static inline struct page *
4793 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4794                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4795                 unsigned long *did_some_progress)
4796 {
4797         struct page *page = NULL;
4798         unsigned long pflags;
4799         bool drained = false;
4800
4801         psi_memstall_enter(&pflags);
4802         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4803         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4804                 goto out;
4805
4806 retry:
4807         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4808
4809         /*
4810          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4811          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4812          * Shrink them and try again
4813          */
4814         if (!page && !drained) {
4815                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4816                 drain_all_pages(NULL);
4817                 drained = true;
4818                 goto retry;
4819         }
4820 out:
4821         psi_memstall_leave(&pflags);
4822
4823         return page;
4824 }
4825
4826 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4827                              const struct alloc_context *ac)
4828 {
4829         struct zoneref *z;
4830         struct zone *zone;
4831         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4832         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4833
4834         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4835                                         ac->nodemask) {
4836                 if (!managed_zone(zone))
4837                         continue;
4838                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4839                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4840                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4841                 }
4842         }
4843 }
4844
4845 static inline unsigned int
4846 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4847 {
4848         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4849
4850         /*
4851          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
4852          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4853          * to save two branches.
4854          */
4855         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
4856         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4857
4858         /*
4859          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4860          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4861          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4862          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
4863          */
4864         alloc_flags |= (__force int)
4865                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4866
4867         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4868                 /*
4869                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4870                  * if it can't schedule.
4871                  */
4872                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
4873                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4874
4875                         if (order > 0)
4876                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
4877                 }
4878
4879                 /*
4880                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4881                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4882                  */
4883                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4884         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4885                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
4886
4887         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4888
4889         return alloc_flags;
4890 }
4891
4892 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4893 {
4894         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4895                 return false;
4896
4897         /*
4898          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4899          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4900          */
4901         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4902                 return false;
4903
4904         return true;
4905 }
4906
4907 /*
4908  * Distinguish requests which really need access to full memory
4909  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4910  */
4911 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4912 {
4913         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4914                 return 0;
4915         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4916                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4917         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4918                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4919         if (!in_interrupt()) {
4920                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4921                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4922                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4923                         return ALLOC_OOM;
4924         }
4925
4926         return 0;
4927 }
4928
4929 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4930 {
4931         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4932 }
4933
4934 /*
4935  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4936  * for the given allocation request.
4937  *
4938  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4939  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4940  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4941  *
4942  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4943  */
4944 static inline bool
4945 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4946                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4947                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4948 {
4949         struct zone *zone;
4950         struct zoneref *z;
4951         bool ret = false;
4952
4953         /*
4954          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4955          * their order will become available due to high fragmentation so
4956          * always increment the no progress counter for them
4957          */
4958         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4959                 *no_progress_loops = 0;
4960         else
4961                 (*no_progress_loops)++;
4962
4963         /*
4964          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4965          * several times in the row.
4966          */
4967         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4968                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4969                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4970         }
4971
4972         /*
4973          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4974          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4975          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4976          * screwed and have to go OOM.
4977          */
4978         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4979                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4980                 unsigned long available;
4981                 unsigned long reclaimable;
4982                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4983                 bool wmark;
4984
4985                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4986                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4987
4988                 /*
4989                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4990                  * reclaimable pages?
4991                  */
4992                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4993                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4994                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4995                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4996                 if (wmark) {
4997                         ret = true;
4998                         break;
4999                 }
5000         }
5001
5002         /*
5003          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
5004          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
5005          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
5006          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
5007          * here rather than calling cond_resched().
5008          */
5009         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
5010                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
5011         else
5012                 cond_resched();
5013         return ret;
5014 }
5015
5016 static inline bool
5017 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
5018 {
5019         /*
5020          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
5021          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
5022          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
5023          * such a way the check therein was true, and then it became false
5024          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
5025          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
5026          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
5027          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
5028          * caller can deal with a violated nodemask.
5029          */
5030         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
5031                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
5032                 ac->nodemask = NULL;
5033                 return true;
5034         }
5035
5036         /*
5037          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
5038          * possible to race with parallel threads in such a way that our
5039          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
5040          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
5041          * retry.
5042          */
5043         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
5044                 return true;
5045
5046         return false;
5047 }
5048
5049 static inline struct page *
5050 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5051                                                 struct alloc_context *ac)
5052 {
5053         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
5054         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
5055         struct page *page = NULL;
5056         unsigned int alloc_flags;
5057         unsigned long did_some_progress;
5058         enum compact_priority compact_priority;
5059         enum compact_result compact_result;
5060         int compaction_retries;
5061         int no_progress_loops;
5062         unsigned int cpuset_mems_cookie;
5063         unsigned int zonelist_iter_cookie;
5064         int reserve_flags;
5065
5066         /*
5067          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
5068          * callers that are not in atomic context.
5069          */
5070         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
5071                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
5072                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
5073
5074 restart:
5075         compaction_retries = 0;
5076         no_progress_loops = 0;
5077         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
5078         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
5079         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
5080
5081         /*
5082          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
5083          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
5084          * alloc_flags precisely. So we do that now.
5085          */
5086         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
5087
5088         /*
5089          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
5090          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
5091          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
5092          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
5093          */
5094         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5095                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5096         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
5097                 goto nopage;
5098
5099         /*
5100          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
5101          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
5102          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
5103          */
5104         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
5105                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5106                                         ac->highest_zoneidx,
5107                                         &cpuset_current_mems_allowed);
5108                 if (!z->zone)
5109                         goto nopage;
5110         }
5111
5112         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5113                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5114
5115         /*
5116          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
5117          * that first
5118          */
5119         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5120         if (page)
5121                 goto got_pg;
5122
5123         /*
5124          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
5125          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
5126          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
5127          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
5128          * same migratetype.
5129          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
5130          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
5131          */
5132         if (can_direct_reclaim &&
5133                         (costly_order ||
5134                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
5135                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
5136                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
5137                                                 alloc_flags, ac,
5138                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
5139                                                 &compact_result);
5140                 if (page)
5141                         goto got_pg;
5142
5143                 /*
5144                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
5145                  * includes some THP page fault allocations
5146                  */
5147                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
5148                         /*
5149                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
5150                          * failed because all zones are below low watermarks
5151                          * or is prohibited because it recently failed at this
5152                          * order, fail immediately unless the allocator has
5153                          * requested compaction and reclaim retry.
5154                          *
5155                          * Reclaim is
5156                          *  - potentially very expensive because zones are far
5157                          *    below their low watermarks or this is part of very
5158                          *    bursty high order allocations,
5159                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
5160                          *    may not iterate over freed pages as part of its
5161                          *    linear scan, and
5162                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
5163                          *    own.
5164                          */
5165                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
5166                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
5167                                 goto nopage;
5168
5169                         /*
5170                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
5171                          * sync compaction could be very expensive, so keep
5172                          * using async compaction.
5173                          */
5174                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
5175                 }
5176         }
5177
5178 retry:
5179         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
5180         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
5181                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
5182
5183         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
5184         if (reserve_flags)
5185                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
5186                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
5187
5188         /*
5189          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
5190          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
5191          * user oriented.
5192          */
5193         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
5194                 ac->nodemask = NULL;
5195                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5196                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5197         }
5198
5199         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
5200         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
5201         if (page)
5202                 goto got_pg;
5203
5204         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
5205         if (!can_direct_reclaim)
5206                 goto nopage;
5207
5208         /* Avoid recursion of direct reclaim */
5209         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
5210                 goto nopage;
5211
5212         /* Try direct reclaim and then allocating */
5213         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5214                                                         &did_some_progress);
5215         if (page)
5216                 goto got_pg;
5217
5218         /* Try direct compaction and then allocating */
5219         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
5220                                         compact_priority, &compact_result);
5221         if (page)
5222                 goto got_pg;
5223
5224         /* Do not loop if specifically requested */
5225         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
5226                 goto nopage;
5227
5228         /*
5229          * Do not retry costly high order allocations unless they are
5230          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
5231          */
5232         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
5233                 goto nopage;
5234
5235         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
5236                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
5237                 goto retry;
5238
5239         /*
5240          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
5241          * reclaim is not able to make any progress because the current
5242          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
5243          * of free memory (see __compaction_suitable)
5244          */
5245         if (did_some_progress > 0 &&
5246                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
5247                                 compact_result, &compact_priority,
5248                                 &compaction_retries))
5249                 goto retry;
5250
5251
5252         /*
5253          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5254          * a unnecessary OOM kill.
5255          */
5256         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5257             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5258                 goto restart;
5259
5260         /* Reclaim has failed us, start killing things */
5261         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
5262         if (page)
5263                 goto got_pg;
5264
5265         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
5266         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
5267             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
5268              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
5269                 goto nopage;
5270
5271         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
5272         if (did_some_progress) {
5273                 no_progress_loops = 0;
5274                 goto retry;
5275         }
5276
5277 nopage:
5278         /*
5279          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
5280          * a unnecessary OOM kill.
5281          */
5282         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
5283             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
5284                 goto restart;
5285
5286         /*
5287          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
5288          * we always retry
5289          */
5290         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
5291                 /*
5292                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
5293                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
5294                  */
5295                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
5296                         goto fail;
5297
5298                 /*
5299                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
5300                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
5301                  * for somebody to do a work for us
5302                  */
5303                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
5304
5305                 /*
5306                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
5307                  * are not prepared for much so let's warn about these users
5308                  * so that we can identify them and convert them to something
5309                  * else.
5310                  */
5311                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
5312
5313                 /*
5314                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
5315                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
5316                  * could deplete whole memory reserves which would just make
5317                  * the situation worse
5318                  */
5319                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
5320                 if (page)
5321                         goto got_pg;
5322
5323                 cond_resched();
5324                 goto retry;
5325         }
5326 fail:
5327         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
5328                         "page allocation failure: order:%u", order);
5329 got_pg:
5330         return page;
5331 }
5332
5333 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
5334                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
5335                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
5336                 unsigned int *alloc_flags)
5337 {
5338         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
5339         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
5340         ac->nodemask = nodemask;
5341         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
5342
5343         if (cpusets_enabled()) {
5344                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
5345                 /*
5346                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
5347                  * to the current task context. It means that any node ok.
5348                  */
5349                 if (in_task() && !ac->nodemask)
5350                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5351                 else
5352                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
5353         }
5354
5355         might_alloc(gfp_mask);
5356
5357         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
5358                 return false;
5359
5360         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
5361
5362         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
5363         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
5364
5365         /*
5366          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
5367          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
5368          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
5369          */
5370         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
5371                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
5372
5373         return true;
5374 }
5375
5376 /*
5377  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
5378  * @gfp: GFP flags for the allocation
5379  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
5380  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
5381  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
5382  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
5383  * @page_array: Optional array to store the pages
5384  *
5385  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
5386  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
5387  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
5388  *
5389  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
5390  *
5391  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
5392  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
5393  *
5394  * Returns the number of pages on the list or array.
5395  */
5396 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
5397                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
5398                         struct list_head *page_list,
5399                         struct page **page_array)
5400 {
5401         struct page *page;
5402         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
5403         struct zone *zone;
5404         struct zoneref *z;
5405         struct per_cpu_pages *pcp;
5406         struct list_head *pcp_list;
5407         struct alloc_context ac;
5408         gfp_t alloc_gfp;
5409         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5410         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
5411
5412         /*
5413          * Skip populated array elements to determine if any pages need
5414          * to be allocated before disabling IRQs.
5415          */
5416         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
5417                 nr_populated++;
5418
5419         /* No pages requested? */
5420         if (unlikely(nr_pages <= 0))
5421                 goto out;
5422
5423         /* Already populated array? */
5424         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
5425                 goto out;
5426
5427         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
5428         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
5429                 goto failed;
5430
5431         /* Use the single page allocator for one page. */
5432         if (nr_pages - nr_populated == 1)
5433                 goto failed;
5434
5435 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
5436         /*
5437          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
5438          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
5439          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
5440          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
5441          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
5442          */
5443         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
5444                 goto failed;
5445 #endif
5446
5447         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
5448         gfp &= gfp_allowed_mask;
5449         alloc_gfp = gfp;
5450         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
5451                 goto out;
5452         gfp = alloc_gfp;
5453
5454         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
5455         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
5456                 unsigned long mark;
5457
5458                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
5459                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
5460                         continue;
5461                 }
5462
5463                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
5464                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
5465                         goto failed;
5466                 }
5467
5468                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
5469                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
5470                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
5471                                 alloc_flags, gfp)) {
5472                         break;
5473                 }
5474         }
5475
5476         /*
5477          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
5478          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
5479          */
5480         if (unlikely(!zone))
5481                 goto failed;
5482
5483         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
5484         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
5485         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
5486         if (!pcp)
5487                 goto failed_irq;
5488
5489         /* Attempt the batch allocation */
5490         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
5491         while (nr_populated < nr_pages) {
5492
5493                 /* Skip existing pages */
5494                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
5495                         nr_populated++;
5496                         continue;
5497                 }
5498
5499                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
5500                                                                 pcp, pcp_list);
5501                 if (unlikely(!page)) {
5502                         /* Try and allocate at least one page */
5503                         if (!nr_account) {
5504                                 pcp_spin_unlock(pcp);
5505                                 goto failed_irq;
5506                         }
5507                         break;
5508                 }
5509                 nr_account++;
5510
5511                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
5512                 if (page_list)
5513                         list_add(&page->lru, page_list);
5514                 else
5515                         page_array[nr_populated] = page;
5516                 nr_populated++;
5517         }
5518
5519         pcp_spin_unlock(pcp);
5520         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5521
5522         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
5523         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
5524
5525 out:
5526         return nr_populated;
5527
5528 failed_irq:
5529         pcp_trylock_finish(UP_flags);
5530
5531 failed:
5532         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
5533         if (page) {
5534                 if (page_list)
5535                         list_add(&page->lru, page_list);
5536                 else
5537                         page_array[nr_populated] = page;
5538                 nr_populated++;
5539         }
5540
5541         goto out;
5542 }
5543 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
5544
5545 /*
5546  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
5547  */
5548 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5549                                                         nodemask_t *nodemask)
5550 {
5551         struct page *page;
5552         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
5553         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
5554         struct alloc_context ac = { };
5555
5556         /*
5557          * There are several places where we assume that the order value is sane
5558          * so bail out early if the request is out of bound.
5559          */
5560         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order >= MAX_ORDER, gfp))
5561                 return NULL;
5562
5563         gfp &= gfp_allowed_mask;
5564         /*
5565          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
5566          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
5567          * from a particular context which has been marked by
5568          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
5569          * movable zones are not used during allocation.
5570          */
5571         gfp = current_gfp_context(gfp);
5572         alloc_gfp = gfp;
5573         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
5574                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
5575                 return NULL;
5576
5577         /*
5578          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
5579          * memory until all local zones are considered.
5580          */
5581         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
5582
5583         /* First allocation attempt */
5584         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
5585         if (likely(page))
5586                 goto out;
5587
5588         alloc_gfp = gfp;
5589         ac.spread_dirty_pages = false;
5590
5591         /*
5592          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
5593          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
5594          */
5595         ac.nodemask = nodemask;
5596
5597         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
5598
5599 out:
5600         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
5601             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
5602                 __free_pages(page, order);
5603                 page = NULL;
5604         }
5605
5606         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
5607         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
5608
5609         return page;
5610 }
5611 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
5612
5613 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5614                 nodemask_t *nodemask)
5615 {
5616         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
5617                         preferred_nid, nodemask);
5618
5619         if (page && order > 1)
5620                 prep_transhuge_page(page);
5621         return (struct folio *)page;
5622 }
5623 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
5624
5625 /*
5626  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5627  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5628  * you need to access high mem.
5629  */
5630 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5631 {
5632         struct page *page;
5633
5634         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5635         if (!page)
5636                 return 0;
5637         return (unsigned long) page_address(page);
5638 }
5639 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
5640
5641 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
5642 {
5643         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5644 }
5645 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
5646
5647 /**
5648  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5649  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5650  * @order: The order of the allocation.
5651  *
5652  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5653  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5654  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5655  * than was allocated will probably emit a warning.
5656  *
5657  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5658  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5659  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5660  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5661  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5662  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5663  *
5664  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5665  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5666  */
5667 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5668 {
5669         if (put_page_testzero(page))
5670                 free_the_page(page, order);
5671         else if (!PageHead(page))
5672                 while (order-- > 0)
5673                         free_the_page(page + (1 << order), order);
5674 }
5675 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5676
5677 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5678 {
5679         if (addr != 0) {
5680                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5681                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5682         }
5683 }
5684
5685 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5686
5687 /*
5688  * Page Fragment:
5689  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
5690  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
5691  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
5692  *
5693  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
5694  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
5695  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
5696  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
5697  */
5698 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
5699                                              gfp_t gfp_mask)
5700 {
5701         struct page *page = NULL;
5702         gfp_t gfp = gfp_mask;
5703
5704 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5705         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
5706                     __GFP_NOMEMALLOC;
5707         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
5708                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
5709         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
5710 #endif
5711         if (unlikely(!page))
5712                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
5713
5714         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
5715
5716         return page;
5717 }
5718
5719 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
5720 {
5721         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
5722
5723         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
5724                 free_the_page(page, compound_order(page));
5725 }
5726 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5727
5728 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5729                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5730                       unsigned int align_mask)
5731 {
5732         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5733         struct page *page;
5734         int offset;
5735
5736         if (unlikely(!nc->va)) {
5737 refill:
5738                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5739                 if (!page)
5740                         return NULL;
5741
5742 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5743                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5744                 size = nc->size;
5745 #endif
5746                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5747                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5748                  */
5749                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5750
5751                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5752                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5753                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5754                 nc->offset = size;
5755         }
5756
5757         offset = nc->offset - fragsz;
5758         if (unlikely(offset < 0)) {
5759                 page = virt_to_page(nc->va);
5760
5761                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5762                         goto refill;
5763
5764                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5765                         free_the_page(page, compound_order(page));
5766                         goto refill;
5767                 }
5768
5769 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5770                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5771                 size = nc->size;
5772 #endif
5773                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5774                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5775
5776                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5777                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5778                 offset = size - fragsz;
5779                 if (unlikely(offset < 0)) {
5780                         /*
5781                          * The caller is trying to allocate a fragment
5782                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5783                          * enough to satisfy the request, this may
5784                          * happen in low memory conditions.
5785                          * We don't release the cache page because
5786                          * it could make memory pressure worse
5787                          * so we simply return NULL here.
5788                          */
5789                         return NULL;
5790                 }
5791         }
5792
5793         nc->pagecnt_bias--;
5794         offset &= align_mask;
5795         nc->offset = offset;
5796
5797         return nc->va + offset;
5798 }
5799 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5800
5801 /*
5802  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5803  */
5804 void page_frag_free(void *addr)
5805 {
5806         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5807
5808         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5809                 free_the_page(page, compound_order(page));
5810 }
5811 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5812
5813 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5814                 size_t size)
5815 {
5816         if (addr) {
5817                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5818                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5819                 struct page *last = page + nr;
5820
5821                 split_page_owner(page, 1 << order);
5822                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5823                 while (page < --last)
5824                         set_page_refcounted(last);
5825
5826                 last = page + (1UL << order);
5827                 for (page += nr; page < last; page++)
5828                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5829         }
5830         return (void *)addr;
5831 }
5832
5833 /**
5834  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5835  * @size: the number of bytes to allocate
5836  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5837  *
5838  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5839  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5840  * allocate memory in power-of-two pages.
5841  *
5842  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5843  *
5844  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5845  *
5846  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5847  */
5848 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5849 {
5850         unsigned int order = get_order(size);
5851         unsigned long addr;
5852
5853         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5854                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5855
5856         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5857         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5858 }
5859 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5860
5861 /**
5862  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5863  *                         pages on a node.
5864  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5865  * @size: the number of bytes to allocate
5866  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5867  *
5868  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5869  * back.
5870  *
5871  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5872  */
5873 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5874 {
5875         unsigned int order = get_order(size);
5876         struct page *p;
5877
5878         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5879                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5880
5881         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5882         if (!p)
5883                 return NULL;
5884         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5885 }
5886
5887 /**
5888  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5889  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5890  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5891  *
5892  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5893  */
5894 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5895 {
5896         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5897         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5898
5899         while (addr < end) {
5900                 free_page(addr);
5901                 addr += PAGE_SIZE;
5902         }
5903 }
5904 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5905
5906 /**
5907  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5908  * @offset: The zone index of the highest zone
5909  *
5910  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5911  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5912  * zone, the number of pages is calculated as:
5913  *
5914  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5915  *
5916  * Return: number of pages beyond high watermark.
5917  */
5918 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5919 {
5920         struct zoneref *z;
5921         struct zone *zone;
5922
5923         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5924         unsigned long sum = 0;
5925
5926         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5927
5928         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5929                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5930                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5931                 if (size > high)
5932                         sum += size - high;
5933         }
5934
5935         return sum;
5936 }
5937
5938 /**
5939  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5940  *
5941  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5942  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5943  *
5944  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5945  * ZONE_NORMAL.
5946  */
5947 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5948 {
5949         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5950 }
5951 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5952
5953 static inline void show_node(struct zone *zone)
5954 {
5955         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5956                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5957 }
5958
5959 long si_mem_available(void)
5960 {
5961         long available;
5962         unsigned long pagecache;
5963         unsigned long wmark_low = 0;
5964         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5965         unsigned long reclaimable;
5966         struct zone *zone;
5967         int lru;
5968
5969         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5970                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5971
5972         for_each_zone(zone)
5973                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5974
5975         /*
5976          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5977          * without causing swapping or OOM.
5978          */
5979         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5980
5981         /*
5982          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5983          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5984          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5985          */
5986         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5987         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5988         available += pagecache;
5989
5990         /*
5991          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5992          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5993          * low watermark.
5994          */
5995         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5996                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5997         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5998
5999         if (available < 0)
6000                 available = 0;
6001         return available;
6002 }
6003 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
6004
6005 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
6006 {
6007         val->totalram = totalram_pages();
6008         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
6009         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
6010         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
6011         val->totalhigh = totalhigh_pages();
6012         val->freehigh = nr_free_highpages();
6013         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6014 }
6015
6016 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
6017
6018 #ifdef CONFIG_NUMA
6019 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
6020 {
6021         int zone_type;          /* needs to be signed */
6022         unsigned long managed_pages = 0;
6023         unsigned long managed_highpages = 0;
6024         unsigned long free_highpages = 0;
6025         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6026
6027         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
6028                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
6029         val->totalram = managed_pages;
6030         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
6031         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
6032 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6033         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
6034                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6035
6036                 if (is_highmem(zone)) {
6037                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
6038                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
6039                 }
6040         }
6041         val->totalhigh = managed_highpages;
6042         val->freehigh = free_highpages;
6043 #else
6044         val->totalhigh = managed_highpages;
6045         val->freehigh = free_highpages;
6046 #endif
6047         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
6048 }
6049 #endif
6050
6051 /*
6052  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
6053  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
6054  */
6055 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
6056 {
6057         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
6058                 return false;
6059
6060         /*
6061          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
6062          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
6063          * have to be precise here.
6064          */
6065         if (!nodemask)
6066                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
6067
6068         return !node_isset(nid, *nodemask);
6069 }
6070
6071 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
6072
6073 static void show_migration_types(unsigned char type)
6074 {
6075         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
6076                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
6077                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
6078                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
6079                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
6080 #ifdef CONFIG_CMA
6081                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
6082 #endif
6083 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
6084                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
6085 #endif
6086         };
6087         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
6088         char *p = tmp;
6089         int i;
6090
6091         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
6092                 if (type & (1 << i))
6093                         *p++ = types[i];
6094         }
6095
6096         *p = '\0';
6097         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
6098 }
6099
6100 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
6101 {
6102         int zone_idx;
6103         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
6104                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
6105                         return true;
6106         return false;
6107 }
6108
6109 /*
6110  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
6111  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
6112  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
6113  *
6114  * Bits in @filter:
6115  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
6116  *   cpuset.
6117  */
6118 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
6119 {
6120         unsigned long free_pcp = 0;
6121         int cpu, nid;
6122         struct zone *zone;
6123         pg_data_t *pgdat;
6124
6125         for_each_populated_zone(zone) {
6126                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6127                         continue;
6128                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6129                         continue;
6130
6131                 for_each_online_cpu(cpu)
6132                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6133         }
6134
6135         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
6136                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
6137                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
6138                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
6139                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
6140                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
6141                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
6142                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
6143                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
6144                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
6145                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
6146                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
6147                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
6148                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
6149                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
6150                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
6151                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
6152                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
6153                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
6154                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
6155                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
6156                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
6157                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
6158                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
6159                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
6160                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
6161                 free_pcp,
6162                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
6163
6164         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6165                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
6166                         continue;
6167                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
6168                         continue;
6169
6170                 printk("Node %d"
6171                         " active_anon:%lukB"
6172                         " inactive_anon:%lukB"
6173                         " active_file:%lukB"
6174                         " inactive_file:%lukB"
6175                         " unevictable:%lukB"
6176                         " isolated(anon):%lukB"
6177                         " isolated(file):%lukB"
6178                         " mapped:%lukB"
6179                         " dirty:%lukB"
6180                         " writeback:%lukB"
6181                         " shmem:%lukB"
6182 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6183                         " shmem_thp: %lukB"
6184                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
6185                         " anon_thp: %lukB"
6186 #endif
6187                         " writeback_tmp:%lukB"
6188                         " kernel_stack:%lukB"
6189 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6190                         " shadow_call_stack:%lukB"
6191 #endif
6192                         " pagetables:%lukB"
6193                         " sec_pagetables:%lukB"
6194                         " all_unreclaimable? %s"
6195                         "\n",
6196                         pgdat->node_id,
6197                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
6198                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
6199                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
6200                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
6201                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
6202                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
6203                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
6204                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
6205                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
6206                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
6207                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
6208 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6209                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
6210                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
6211                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
6212 #endif
6213                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
6214                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
6215 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
6216                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
6217 #endif
6218                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
6219                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
6220                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
6221                                 "yes" : "no");
6222         }
6223
6224         for_each_populated_zone(zone) {
6225                 int i;
6226
6227                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6228                         continue;
6229                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6230                         continue;
6231
6232                 free_pcp = 0;
6233                 for_each_online_cpu(cpu)
6234                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
6235
6236                 show_node(zone);
6237                 printk(KERN_CONT
6238                         "%s"
6239                         " free:%lukB"
6240                         " boost:%lukB"
6241                         " min:%lukB"
6242                         " low:%lukB"
6243                         " high:%lukB"
6244                         " reserved_highatomic:%luKB"
6245                         " active_anon:%lukB"
6246                         " inactive_anon:%lukB"
6247                         " active_file:%lukB"
6248                         " inactive_file:%lukB"
6249                         " unevictable:%lukB"
6250                         " writepending:%lukB"
6251                         " present:%lukB"
6252                         " managed:%lukB"
6253                         " mlocked:%lukB"
6254                         " bounce:%lukB"
6255                         " free_pcp:%lukB"
6256                         " local_pcp:%ukB"
6257                         " free_cma:%lukB"
6258                         "\n",
6259                         zone->name,
6260                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
6261                         K(zone->watermark_boost),
6262                         K(min_wmark_pages(zone)),
6263                         K(low_wmark_pages(zone)),
6264                         K(high_wmark_pages(zone)),
6265                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
6266                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
6267                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
6268                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
6269                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
6270                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
6271                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
6272                         K(zone->present_pages),
6273                         K(zone_managed_pages(zone)),
6274                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
6275                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
6276                         K(free_pcp),
6277                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
6278                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
6279                 printk("lowmem_reserve[]:");
6280                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
6281                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
6282                 printk(KERN_CONT "\n");
6283         }
6284
6285         for_each_populated_zone(zone) {
6286                 unsigned int order;
6287                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
6288                 unsigned char types[MAX_ORDER];
6289
6290                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
6291                         continue;
6292                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
6293                         continue;
6294                 show_node(zone);
6295                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
6296
6297                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6298                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6299                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
6300                         int type;
6301
6302                         nr[order] = area->nr_free;
6303                         total += nr[order] << order;
6304
6305                         types[order] = 0;
6306                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
6307                                 if (!free_area_empty(area, type))
6308                                         types[order] |= 1 << type;
6309                         }
6310                 }
6311                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6312                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
6313                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
6314                                nr[order], K(1UL) << order);
6315                         if (nr[order])
6316                                 show_migration_types(types[order]);
6317                 }
6318                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
6319         }
6320
6321         for_each_online_node(nid) {
6322                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
6323                         continue;
6324                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
6325         }
6326
6327         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
6328
6329         show_swap_cache_info();
6330 }
6331
6332 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
6333 {
6334         zoneref->zone = zone;
6335         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
6336 }
6337
6338 /*
6339  * Builds allocation fallback zone lists.
6340  *
6341  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
6342  */
6343 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
6344 {
6345         struct zone *zone;
6346         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
6347         int nr_zones = 0;
6348
6349         do {
6350                 zone_type--;
6351                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
6352                 if (populated_zone(zone)) {
6353                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
6354                         check_highest_zone(zone_type);
6355                 }
6356         } while (zone_type);
6357
6358         return nr_zones;
6359 }
6360
6361 #ifdef CONFIG_NUMA
6362
6363 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
6364 {
6365         /*
6366          * We used to support different zonelists modes but they turned
6367          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
6368          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
6369          * not fail it silently
6370          */
6371         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
6372                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
6373                 return -EINVAL;
6374         }
6375         return 0;
6376 }
6377
6378 char numa_zonelist_order[] = "Node";
6379
6380 /*
6381  * sysctl handler for numa_zonelist_order
6382  */
6383 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
6384                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6385 {
6386         if (write)
6387                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
6388         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
6389 }
6390
6391
6392 static int node_load[MAX_NUMNODES];
6393
6394 /**
6395  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
6396  * @node: node whose fallback list we're appending
6397  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
6398  *
6399  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
6400  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
6401  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
6402  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
6403  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
6404  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
6405  * on them otherwise.
6406  *
6407  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
6408  */
6409 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
6410 {
6411         int n, val;
6412         int min_val = INT_MAX;
6413         int best_node = NUMA_NO_NODE;
6414
6415         /* Use the local node if we haven't already */
6416         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
6417                 node_set(node, *used_node_mask);
6418                 return node;
6419         }
6420
6421         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
6422
6423                 /* Don't want a node to appear more than once */
6424                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
6425                         continue;
6426
6427                 /* Use the distance array to find the distance */
6428                 val = node_distance(node, n);
6429
6430                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
6431                 val += (n < node);
6432
6433                 /* Give preference to headless and unused nodes */
6434                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
6435                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
6436
6437                 /* Slight preference for less loaded node */
6438                 val *= MAX_NUMNODES;
6439                 val += node_load[n];
6440
6441                 if (val < min_val) {
6442                         min_val = val;
6443                         best_node = n;
6444                 }
6445         }
6446
6447         if (best_node >= 0)
6448                 node_set(best_node, *used_node_mask);
6449
6450         return best_node;
6451 }
6452
6453
6454 /*
6455  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
6456  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
6457  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
6458  */
6459 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
6460                 unsigned nr_nodes)
6461 {
6462         struct zoneref *zonerefs;
6463         int i;
6464
6465         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6466
6467         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
6468                 int nr_zones;
6469
6470                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
6471
6472                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
6473                 zonerefs += nr_zones;
6474         }
6475         zonerefs->zone = NULL;
6476         zonerefs->zone_idx = 0;
6477 }
6478
6479 /*
6480  * Build gfp_thisnode zonelists
6481  */
6482 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6483 {
6484         struct zoneref *zonerefs;
6485         int nr_zones;
6486
6487         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
6488         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6489         zonerefs += nr_zones;
6490         zonerefs->zone = NULL;
6491         zonerefs->zone_idx = 0;
6492 }
6493
6494 /*
6495  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
6496  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
6497  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
6498  * may still exist in local DMA zone.
6499  */
6500
6501 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6502 {
6503         static int node_order[MAX_NUMNODES];
6504         int node, nr_nodes = 0;
6505         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
6506         int local_node, prev_node;
6507
6508         /* NUMA-aware ordering of nodes */
6509         local_node = pgdat->node_id;
6510         prev_node = local_node;
6511
6512         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
6513         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
6514                 /*
6515                  * We don't want to pressure a particular node.
6516                  * So adding penalty to the first node in same
6517                  * distance group to make it round-robin.
6518                  */
6519                 if (node_distance(local_node, node) !=
6520                     node_distance(local_node, prev_node))
6521                         node_load[node] += 1;
6522
6523                 node_order[nr_nodes++] = node;
6524                 prev_node = node;
6525         }
6526
6527         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
6528         build_thisnode_zonelists(pgdat);
6529         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
6530         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
6531                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
6532         pr_cont("\n");
6533 }
6534
6535 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6536 /*
6537  * Return node id of node used for "local" allocations.
6538  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
6539  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
6540  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
6541  */
6542 int local_memory_node(int node)
6543 {
6544         struct zoneref *z;
6545
6546         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
6547                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
6548                                    NULL);
6549         return zone_to_nid(z->zone);
6550 }
6551 #endif
6552
6553 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
6554 static void setup_min_slab_ratio(void);
6555 #else   /* CONFIG_NUMA */
6556
6557 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6558 {
6559         int node, local_node;
6560         struct zoneref *zonerefs;
6561         int nr_zones;
6562
6563         local_node = pgdat->node_id;
6564
6565         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
6566         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
6567         zonerefs += nr_zones;
6568
6569         /*
6570          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
6571          * of all the other nodes.
6572          * We don't want to pressure a particular node, so when
6573          * building the zones for node N, we make sure that the
6574          * zones coming right after the local ones are those from
6575          * node N+1 (modulo N)
6576          */
6577         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
6578                 if (!node_online(node))
6579                         continue;
6580                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6581                 zonerefs += nr_zones;
6582         }
6583         for (node = 0; node < local_node; node++) {
6584                 if (!node_online(node))
6585                         continue;
6586                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
6587                 zonerefs += nr_zones;
6588         }
6589
6590         zonerefs->zone = NULL;
6591         zonerefs->zone_idx = 0;
6592 }
6593
6594 #endif  /* CONFIG_NUMA */
6595
6596 /*
6597  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
6598  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
6599  * that an item put on a list will immediately be handed over to
6600  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
6601  * with interrupts disabled.
6602  *
6603  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
6604  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
6605  * hotplugged processors.
6606  *
6607  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
6608  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
6609  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
6610  */
6611 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
6612 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
6613 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
6614 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
6615 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
6616 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
6617 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
6618
6619 static void __build_all_zonelists(void *data)
6620 {
6621         int nid;
6622         int __maybe_unused cpu;
6623         pg_data_t *self = data;
6624
6625         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
6626
6627 #ifdef CONFIG_NUMA
6628         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
6629 #endif
6630
6631         /*
6632          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
6633          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
6634          */
6635         if (self && !node_online(self->node_id)) {
6636                 build_zonelists(self);
6637         } else {
6638                 /*
6639                  * All possible nodes have pgdat preallocated
6640                  * in free_area_init
6641                  */
6642                 for_each_node(nid) {
6643                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6644
6645                         build_zonelists(pgdat);
6646                 }
6647
6648 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
6649                 /*
6650                  * We now know the "local memory node" for each node--
6651                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
6652                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
6653                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
6654                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
6655                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
6656                  */
6657                 for_each_online_cpu(cpu)
6658                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
6659 #endif
6660         }
6661
6662         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
6663 }
6664
6665 static noinline void __init
6666 build_all_zonelists_init(void)
6667 {
6668         int cpu;
6669
6670         __build_all_zonelists(NULL);
6671
6672         /*
6673          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
6674          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
6675          * each zone will be allocated later when the per cpu
6676          * allocator is available.
6677          *
6678          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
6679          * cpus if the system is already booted because the pagesets
6680          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
6681          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
6682          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
6683          * (a chicken-egg dilemma).
6684          */
6685         for_each_possible_cpu(cpu)
6686                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
6687
6688         mminit_verify_zonelist();
6689         cpuset_init_current_mems_allowed();
6690 }
6691
6692 /*
6693  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
6694  *
6695  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
6696  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
6697  */
6698 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
6699 {
6700         unsigned long vm_total_pages;
6701
6702         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
6703                 build_all_zonelists_init();
6704         } else {
6705                 __build_all_zonelists(pgdat);
6706                 /* cpuset refresh routine should be here */
6707         }
6708         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
6709         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
6710         /*
6711          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
6712          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
6713          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
6714          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
6715          * disabled and enable it later
6716          */
6717         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
6718                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
6719         else
6720                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
6721
6722         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
6723                 nr_online_nodes,
6724                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
6725                 vm_total_pages);
6726 #ifdef CONFIG_NUMA
6727         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6728 #endif
6729 }
6730
6731 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
6732 static bool __meminit
6733 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
6734 {
6735         static struct memblock_region *r;
6736
6737         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
6738                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
6739                         for_each_mem_region(r) {
6740                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
6741                                         break;
6742                         }
6743                 }
6744                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
6745                     memblock_is_mirror(r)) {
6746                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
6747                         return true;
6748                 }
6749         }
6750         return false;
6751 }
6752
6753 /*
6754  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
6755  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
6756  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
6757  *
6758  * All aligned pageblocks are initialized to the specified migratetype
6759  * (usually MIGRATE_MOVABLE). Besides setting the migratetype, no related
6760  * zone stats (e.g., nr_isolate_pageblock) are touched.
6761  */
6762 void __meminit memmap_init_range(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
6763                 unsigned long start_pfn, unsigned long zone_end_pfn,
6764                 enum meminit_context context,
6765                 struct vmem_altmap *altmap, int migratetype)
6766 {
6767         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
6768         struct page *page;
6769
6770         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
6771                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
6772
6773 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6774         /*
6775          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
6776          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
6777          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
6778          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
6779          * the hotplug lock.
6780          */
6781         if (zone == ZONE_DEVICE) {
6782                 if (!altmap)
6783                         return;
6784
6785                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
6786                         start_pfn += altmap->reserve;
6787                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6788         }
6789 #endif
6790
6791         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; ) {
6792                 /*
6793                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
6794                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
6795                  */
6796                 if (context == MEMINIT_EARLY) {
6797                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
6798                                 continue;
6799                         if (defer_init(nid, pfn, zone_end_pfn))
6800                                 break;
6801                 }
6802
6803                 page = pfn_to_page(pfn);
6804                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
6805                 if (context == MEMINIT_HOTPLUG)
6806                         __SetPageReserved(page);
6807
6808                 /*
6809                  * Usually, we want to mark the pageblock MIGRATE_MOVABLE,
6810                  * such that unmovable allocations won't be scattered all
6811                  * over the place during system boot.
6812                  */
6813                 if (pageblock_aligned(pfn)) {
6814                         set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
6815                         cond_resched();
6816                 }
6817                 pfn++;
6818         }
6819 }
6820
6821 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
6822 static void __ref __init_zone_device_page(struct page *page, unsigned long pfn,
6823                                           unsigned long zone_idx, int nid,
6824                                           struct dev_pagemap *pgmap)
6825 {
6826
6827         __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
6828
6829         /*
6830          * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
6831          * phase for it to be fully associated with a zone.
6832          *
6833          * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
6834          * the flag as we are still initializing the pages.
6835          */
6836         __SetPageReserved(page);
6837
6838         /*
6839          * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back pointer
6840          * and zone_device_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE page is
6841          * ever freed or placed on a driver-private list.
6842          */
6843         page->pgmap = pgmap;
6844         page->zone_device_data = NULL;
6845
6846         /*
6847          * Mark the block movable so that blocks are reserved for
6848          * movable at startup. This will force kernel allocations
6849          * to reserve their blocks rather than leaking throughout
6850          * the address space during boot when many long-lived
6851          * kernel allocations are made.
6852          *
6853          * Please note that MEMINIT_HOTPLUG path doesn't clear memmap
6854          * because this is done early in section_activate()
6855          */
6856         if (pageblock_aligned(pfn)) {
6857                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
6858                 cond_resched();
6859         }
6860
6861         /*
6862          * ZONE_DEVICE pages are released directly to the driver page allocator
6863          * which will set the page count to 1 when allocating the page.
6864          */
6865         if (pgmap->type == MEMORY_DEVICE_PRIVATE ||
6866             pgmap->type == MEMORY_DEVICE_COHERENT)
6867                 set_page_count(page, 0);
6868 }
6869
6870 /*
6871  * With compound page geometry and when struct pages are stored in ram most
6872  * tail pages are reused. Consequently, the amount of unique struct pages to
6873  * initialize is a lot smaller that the total amount of struct pages being
6874  * mapped. This is a paired / mild layering violation with explicit knowledge
6875  * of how the sparse_vmemmap internals handle compound pages in the lack
6876  * of an altmap. See vmemmap_populate_compound_pages().
6877  */
6878 static inline unsigned long compound_nr_pages(struct vmem_altmap *altmap,
6879                                               unsigned long nr_pages)
6880 {
6881         return is_power_of_2(sizeof(struct page)) &&
6882                 !altmap ? 2 * (PAGE_SIZE / sizeof(struct page)) : nr_pages;
6883 }
6884
6885 static void __ref memmap_init_compound(struct page *head,
6886                                        unsigned long head_pfn,
6887                                        unsigned long zone_idx, int nid,
6888                                        struct dev_pagemap *pgmap,
6889                                        unsigned long nr_pages)
6890 {
6891         unsigned long pfn, end_pfn = head_pfn + nr_pages;
6892         unsigned int order = pgmap->vmemmap_shift;
6893
6894         __SetPageHead(head);
6895         for (pfn = head_pfn + 1; pfn < end_pfn; pfn++) {
6896                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6897
6898                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6899                 prep_compound_tail(head, pfn - head_pfn);
6900                 set_page_count(page, 0);
6901
6902                 /*
6903                  * The first tail page stores important compound page info.
6904                  * Call prep_compound_head() after the first tail page has
6905                  * been initialized, to not have the data overwritten.
6906                  */
6907                 if (pfn == head_pfn + 1)
6908                         prep_compound_head(head, order);
6909         }
6910 }
6911
6912 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
6913                                    unsigned long start_pfn,
6914                                    unsigned long nr_pages,
6915                                    struct dev_pagemap *pgmap)
6916 {
6917         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6918         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6919         struct vmem_altmap *altmap = pgmap_altmap(pgmap);
6920         unsigned int pfns_per_compound = pgmap_vmemmap_nr(pgmap);
6921         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
6922         unsigned long start = jiffies;
6923         int nid = pgdat->node_id;
6924
6925         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || zone_idx != ZONE_DEVICE))
6926                 return;
6927
6928         /*
6929          * The call to memmap_init should have already taken care
6930          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
6931          * the end of that region and start processing the device pages.
6932          */
6933         if (altmap) {
6934                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
6935                 nr_pages = end_pfn - start_pfn;
6936         }
6937
6938         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn += pfns_per_compound) {
6939                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6940
6941                 __init_zone_device_page(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap);
6942
6943                 if (pfns_per_compound == 1)
6944                         continue;
6945
6946                 memmap_init_compound(page, pfn, zone_idx, nid, pgmap,
6947                                      compound_nr_pages(altmap, pfns_per_compound));
6948         }
6949
6950         pr_info("%s initialised %lu pages in %ums\n", __func__,
6951                 nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
6952 }
6953
6954 #endif
6955 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
6956 {
6957         unsigned int order, t;
6958         for_each_migratetype_order(order, t) {
6959                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
6960                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
6961         }
6962 }
6963
6964 /*
6965  * Only struct pages that correspond to ranges defined by memblock.memory
6966  * are zeroed and initialized by going through __init_single_page() during
6967  * memmap_init_zone_range().
6968  *
6969  * But, there could be struct pages that correspond to holes in
6970  * memblock.memory. This can happen because of the following reasons:
6971  * - physical memory bank size is not necessarily the exact multiple of the
6972  *   arbitrary section size
6973  * - early reserved memory may not be listed in memblock.memory
6974  * - memory layouts defined with memmap= kernel parameter may not align
6975  *   nicely with memmap sections
6976  *
6977  * Explicitly initialize those struct pages so that:
6978  * - PG_Reserved is set
6979  * - zone and node links point to zone and node that span the page if the
6980  *   hole is in the middle of a zone
6981  * - zone and node links point to adjacent zone/node if the hole falls on
6982  *   the zone boundary; the pages in such holes will be prepended to the
6983  *   zone/node above the hole except for the trailing pages in the last
6984  *   section that will be appended to the zone/node below.
6985  */
6986 static void __init init_unavailable_range(unsigned long spfn,
6987                                           unsigned long epfn,
6988                                           int zone, int node)
6989 {
6990         unsigned long pfn;
6991         u64 pgcnt = 0;
6992
6993         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6994                 if (!pfn_valid(pageblock_start_pfn(pfn))) {
6995                         pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
6996                         continue;
6997                 }
6998                 __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, node);
6999                 __SetPageReserved(pfn_to_page(pfn));
7000                 pgcnt++;
7001         }
7002
7003         if (pgcnt)
7004                 pr_info("On node %d, zone %s: %lld pages in unavailable ranges",
7005                         node, zone_names[zone], pgcnt);
7006 }
7007
7008 static void __init memmap_init_zone_range(struct zone *zone,
7009                                           unsigned long start_pfn,
7010                                           unsigned long end_pfn,
7011                                           unsigned long *hole_pfn)
7012 {
7013         unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
7014         unsigned long zone_end_pfn = zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
7015         int nid = zone_to_nid(zone), zone_id = zone_idx(zone);
7016
7017         start_pfn = clamp(start_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7018         end_pfn = clamp(end_pfn, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7019
7020         if (start_pfn >= end_pfn)
7021                 return;
7022
7023         memmap_init_range(end_pfn - start_pfn, nid, zone_id, start_pfn,
7024                           zone_end_pfn, MEMINIT_EARLY, NULL, MIGRATE_MOVABLE);
7025
7026         if (*hole_pfn < start_pfn)
7027                 init_unavailable_range(*hole_pfn, start_pfn, zone_id, nid);
7028
7029         *hole_pfn = end_pfn;
7030 }
7031
7032 static void __init memmap_init(void)
7033 {
7034         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7035         unsigned long hole_pfn = 0;
7036         int i, j, zone_id = 0, nid;
7037
7038         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
7039                 struct pglist_data *node = NODE_DATA(nid);
7040
7041                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7042                         struct zone *zone = node->node_zones + j;
7043
7044                         if (!populated_zone(zone))
7045                                 continue;
7046
7047                         memmap_init_zone_range(zone, start_pfn, end_pfn,
7048                                                &hole_pfn);
7049                         zone_id = j;
7050                 }
7051         }
7052
7053 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
7054         /*
7055          * Initialize the memory map for hole in the range [memory_end,
7056          * section_end].
7057          * Append the pages in this hole to the highest zone in the last
7058          * node.
7059          * The call to init_unavailable_range() is outside the ifdef to
7060          * silence the compiler warining about zone_id set but not used;
7061          * for FLATMEM it is a nop anyway
7062          */
7063         end_pfn = round_up(end_pfn, PAGES_PER_SECTION);
7064         if (hole_pfn < end_pfn)
7065 #endif
7066                 init_unavailable_range(hole_pfn, end_pfn, zone_id, nid);
7067 }
7068
7069 void __init *memmap_alloc(phys_addr_t size, phys_addr_t align,
7070                           phys_addr_t min_addr, int nid, bool exact_nid)
7071 {
7072         void *ptr;
7073
7074         if (exact_nid)
7075                 ptr = memblock_alloc_exact_nid_raw(size, align, min_addr,
7076                                                    MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7077                                                    nid);
7078         else
7079                 ptr = memblock_alloc_try_nid_raw(size, align, min_addr,
7080                                                  MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
7081                                                  nid);
7082
7083         if (ptr && size > 0)
7084                 page_init_poison(ptr, size);
7085
7086         return ptr;
7087 }
7088
7089 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
7090 {
7091 #ifdef CONFIG_MMU
7092         int batch;
7093
7094         /*
7095          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
7096          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
7097          * size is striking a balance between allocation latency
7098          * and zone lock contention.
7099          */
7100         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
7101         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
7102         if (batch < 1)
7103                 batch = 1;
7104
7105         /*
7106          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
7107          * of 2 value was found to be more likely to have
7108          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
7109          *
7110          * For example if 2 tasks are alternately allocating
7111          * batches of pages, one task can end up with a lot
7112          * of pages of one half of the possible page colors
7113          * and the other with pages of the other colors.
7114          */
7115         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
7116
7117         return batch;
7118
7119 #else
7120         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
7121          * conditions.
7122          *
7123          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
7124          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
7125          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
7126          *
7127          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
7128          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
7129          * can be a significant delay between the individual batches being
7130          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
7131          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
7132          */
7133         return 0;
7134 #endif
7135 }
7136
7137 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
7138 {
7139 #ifdef CONFIG_MMU
7140         int high;
7141         int nr_split_cpus;
7142         unsigned long total_pages;
7143
7144         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
7145                 /*
7146                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
7147                  * low watermark so that if they are full then background
7148                  * reclaim will not be started prematurely.
7149                  */
7150                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
7151         } else {
7152                 /*
7153                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
7154                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
7155                  * zone.
7156                  */
7157                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
7158         }
7159
7160         /*
7161          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
7162          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
7163          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
7164          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
7165          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
7166          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
7167          */
7168         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
7169         if (!nr_split_cpus)
7170                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
7171         high = total_pages / nr_split_cpus;
7172
7173         /*
7174          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
7175          * historical relationship between high and batch.
7176          */
7177         high = max(high, batch << 2);
7178
7179         return high;
7180 #else
7181         return 0;
7182 #endif
7183 }
7184
7185 /*
7186  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
7187  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
7188  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
7189  *
7190  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
7191  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
7192  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
7193  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
7194  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
7195  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
7196  *
7197  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
7198  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
7199  * exist).
7200  */
7201 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
7202                 unsigned long batch)
7203 {
7204         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
7205         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
7206 }
7207
7208 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
7209 {
7210         int pindex;
7211
7212         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
7213         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
7214
7215         spin_lock_init(&pcp->lock);
7216         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
7217                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
7218
7219         /*
7220          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
7221          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
7222          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
7223          * pageset yet.
7224          */
7225         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7226         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7227         pcp->free_factor = 0;
7228 }
7229
7230 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
7231                 unsigned long batch)
7232 {
7233         struct per_cpu_pages *pcp;
7234         int cpu;
7235
7236         for_each_possible_cpu(cpu) {
7237                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7238                 pageset_update(pcp, high, batch);
7239         }
7240 }
7241
7242 /*
7243  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
7244  * zone based on the zone's size.
7245  */
7246 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
7247 {
7248         int new_high, new_batch;
7249
7250         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
7251         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
7252
7253         if (zone->pageset_high == new_high &&
7254             zone->pageset_batch == new_batch)
7255                 return;
7256
7257         zone->pageset_high = new_high;
7258         zone->pageset_batch = new_batch;
7259
7260         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
7261 }
7262
7263 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
7264 {
7265         int cpu;
7266
7267         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
7268         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
7269                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
7270
7271         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
7272         for_each_possible_cpu(cpu) {
7273                 struct per_cpu_pages *pcp;
7274                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7275
7276                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
7277                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7278                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
7279         }
7280
7281         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
7282 }
7283
7284 /*
7285  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
7286  * page high values need to be recalculated.
7287  */
7288 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
7289 {
7290         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7291         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
7292         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7293 }
7294
7295 /*
7296  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
7297  * Before this call only boot pagesets were available.
7298  */
7299 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
7300 {
7301         struct pglist_data *pgdat;
7302         struct zone *zone;
7303         int __maybe_unused cpu;
7304
7305         for_each_populated_zone(zone)
7306                 setup_zone_pageset(zone);
7307
7308 #ifdef CONFIG_NUMA
7309         /*
7310          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
7311          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
7312          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
7313          * the nodes these zones are associated with.
7314          */
7315         for_each_possible_cpu(cpu) {
7316                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
7317                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
7318                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
7319         }
7320 #endif
7321
7322         for_each_online_pgdat(pgdat)
7323                 pgdat->per_cpu_nodestats =
7324                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7325 }
7326
7327 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
7328 {
7329         /*
7330          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
7331          * relies on the ability of the linker to provide the
7332          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
7333          */
7334         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7335         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7336         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
7337         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
7338
7339         if (populated_zone(zone))
7340                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
7341                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
7342 }
7343
7344 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
7345                                         unsigned long zone_start_pfn,
7346                                         unsigned long size)
7347 {
7348         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
7349         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
7350
7351         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
7352                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
7353
7354         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7355
7356         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
7357                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
7358                         pgdat->node_id,
7359                         (unsigned long)zone_idx(zone),
7360                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
7361
7362         zone_init_free_lists(zone);
7363         zone->initialized = 1;
7364 }
7365
7366 /**
7367  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
7368  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
7369  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
7370  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
7371  *
7372  * It returns the start and end page frame of a node based on information
7373  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
7374  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
7375  * PFNs will be 0.
7376  */
7377 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
7378                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
7379 {
7380         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
7381         int i;
7382
7383         *start_pfn = -1UL;
7384         *end_pfn = 0;
7385
7386         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
7387                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
7388                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
7389         }
7390
7391         if (*start_pfn == -1UL)
7392                 *start_pfn = 0;
7393 }
7394
7395 /*
7396  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
7397  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
7398  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
7399  */
7400 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
7401 {
7402         int zone_index;
7403         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
7404                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
7405                         continue;
7406
7407                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
7408                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
7409                         break;
7410         }
7411
7412         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
7413         movable_zone = zone_index;
7414 }
7415
7416 /*
7417  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
7418  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
7419  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
7420  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
7421  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
7422  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
7423  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
7424  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
7425  */
7426 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
7427                                         unsigned long zone_type,
7428                                         unsigned long node_start_pfn,
7429                                         unsigned long node_end_pfn,
7430                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7431                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7432 {
7433         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
7434         if (zone_movable_pfn[nid]) {
7435                 /* Size ZONE_MOVABLE */
7436                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
7437                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7438                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
7439                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
7440
7441                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
7442                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
7443                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
7444                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
7445                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
7446
7447                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
7448                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
7449                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
7450         }
7451 }
7452
7453 /*
7454  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
7455  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
7456  */
7457 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
7458                                         unsigned long zone_type,
7459                                         unsigned long node_start_pfn,
7460                                         unsigned long node_end_pfn,
7461                                         unsigned long *zone_start_pfn,
7462                                         unsigned long *zone_end_pfn)
7463 {
7464         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7465         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7466         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7467         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7468                 return 0;
7469
7470         /* Get the start and end of the zone */
7471         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7472         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7473         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7474                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
7475                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7476
7477         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
7478         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
7479                 return 0;
7480
7481         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
7482         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
7483         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
7484
7485         /* Return the spanned pages */
7486         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
7487 }
7488
7489 /*
7490  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
7491  * then all holes in the requested range will be accounted for.
7492  */
7493 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
7494                                 unsigned long range_start_pfn,
7495                                 unsigned long range_end_pfn)
7496 {
7497         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
7498         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7499         int i;
7500
7501         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7502                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7503                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
7504                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
7505         }
7506         return nr_absent;
7507 }
7508
7509 /**
7510  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
7511  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
7512  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
7513  *
7514  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
7515  */
7516 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
7517                                                         unsigned long end_pfn)
7518 {
7519         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
7520 }
7521
7522 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
7523 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
7524                                         unsigned long zone_type,
7525                                         unsigned long node_start_pfn,
7526                                         unsigned long node_end_pfn)
7527 {
7528         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
7529         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
7530         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7531         unsigned long nr_absent;
7532
7533         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
7534         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
7535                 return 0;
7536
7537         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
7538         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
7539
7540         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
7541                         node_start_pfn, node_end_pfn,
7542                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
7543         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7544
7545         /*
7546          * ZONE_MOVABLE handling.
7547          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
7548          * and vice versa.
7549          */
7550         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
7551                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7552                 struct memblock_region *r;
7553
7554                 for_each_mem_region(r) {
7555                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
7556                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7557                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
7558                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
7559
7560                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
7561                             memblock_is_mirror(r))
7562                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7563
7564                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
7565                             !memblock_is_mirror(r))
7566                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
7567                 }
7568         }
7569
7570         return nr_absent;
7571 }
7572
7573 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
7574                                                 unsigned long node_start_pfn,
7575                                                 unsigned long node_end_pfn)
7576 {
7577         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
7578         enum zone_type i;
7579
7580         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7581                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7582                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
7583                 unsigned long spanned, absent;
7584                 unsigned long size, real_size;
7585
7586                 spanned = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7587                                                      node_start_pfn,
7588                                                      node_end_pfn,
7589                                                      &zone_start_pfn,
7590                                                      &zone_end_pfn);
7591                 absent = zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
7592                                                    node_start_pfn,
7593                                                    node_end_pfn);
7594
7595                 size = spanned;
7596                 real_size = size - absent;
7597
7598                 if (size)
7599                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
7600                 else
7601                         zone->zone_start_pfn = 0;
7602                 zone->spanned_pages = size;
7603                 zone->present_pages = real_size;
7604 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
7605                 zone->present_early_pages = real_size;
7606 #endif
7607
7608                 totalpages += size;
7609                 realtotalpages += real_size;
7610         }
7611
7612         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
7613         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
7614         pr_debug("On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id, realtotalpages);
7615 }
7616
7617 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
7618 /*
7619  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
7620  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
7621  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
7622  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
7623  * bytes.
7624  */
7625 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
7626 {
7627         unsigned long usemapsize;
7628
7629         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
7630         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
7631         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
7632         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
7633         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
7634
7635         return usemapsize / 8;
7636 }
7637
7638 static void __ref setup_usemap(struct zone *zone)
7639 {
7640         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone->zone_start_pfn,
7641                                                zone->spanned_pages);
7642         zone->pageblock_flags = NULL;
7643         if (usemapsize) {
7644                 zone->pageblock_flags =
7645                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
7646                                             zone_to_nid(zone));
7647                 if (!zone->pageblock_flags)
7648                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
7649                               usemapsize, zone->name, zone_to_nid(zone));
7650         }
7651 }
7652 #else
7653 static inline void setup_usemap(struct zone *zone) {}
7654 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
7655
7656 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
7657
7658 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
7659 void __init set_pageblock_order(void)
7660 {
7661         unsigned int order = MAX_ORDER - 1;
7662
7663         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
7664         if (pageblock_order)
7665                 return;
7666
7667         /* Don't let pageblocks exceed the maximum allocation granularity. */
7668         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT && HUGETLB_PAGE_ORDER < order)
7669                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
7670
7671         /*
7672          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
7673          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
7674          * powerpc.
7675          */
7676         pageblock_order = order;
7677 }
7678 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7679
7680 /*
7681  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
7682  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
7683  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
7684  * the kernel config
7685  */
7686 void __init set_pageblock_order(void)
7687 {
7688 }
7689
7690 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
7691
7692 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
7693                                                 unsigned long present_pages)
7694 {
7695         unsigned long pages = spanned_pages;
7696
7697         /*
7698          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
7699          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
7700          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
7701          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
7702          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
7703          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
7704          */
7705         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
7706             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
7707                 pages = present_pages;
7708
7709         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
7710 }
7711
7712 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
7713 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
7714 {
7715         struct deferred_split *ds_queue = &pgdat->deferred_split_queue;
7716
7717         spin_lock_init(&ds_queue->split_queue_lock);
7718         INIT_LIST_HEAD(&ds_queue->split_queue);
7719         ds_queue->split_queue_len = 0;
7720 }
7721 #else
7722 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
7723 #endif
7724
7725 #ifdef CONFIG_COMPACTION
7726 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
7727 {
7728         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
7729 }
7730 #else
7731 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
7732 #endif
7733
7734 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
7735 {
7736         int i;
7737
7738         pgdat_resize_init(pgdat);
7739         pgdat_kswapd_lock_init(pgdat);
7740
7741         pgdat_init_split_queue(pgdat);
7742         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
7743
7744         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
7745         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
7746
7747         for (i = 0; i < NR_VMSCAN_THROTTLE; i++)
7748                 init_waitqueue_head(&pgdat->reclaim_wait[i]);
7749
7750         pgdat_page_ext_init(pgdat);
7751         lruvec_init(&pgdat->__lruvec);
7752 }
7753
7754 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
7755                                                         unsigned long remaining_pages)
7756 {
7757         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
7758         zone_set_nid(zone, nid);
7759         zone->name = zone_names[idx];
7760         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
7761         spin_lock_init(&zone->lock);
7762         zone_seqlock_init(zone);
7763         zone_pcp_init(zone);
7764 }
7765
7766 /*
7767  * Set up the zone data structures
7768  * - init pgdat internals
7769  * - init all zones belonging to this node
7770  *
7771  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
7772  */
7773 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
7774 void __ref free_area_init_core_hotplug(struct pglist_data *pgdat)
7775 {
7776         int nid = pgdat->node_id;
7777         enum zone_type z;
7778         int cpu;
7779
7780         pgdat_init_internals(pgdat);
7781
7782         if (pgdat->per_cpu_nodestats == &boot_nodestats)
7783                 pgdat->per_cpu_nodestats = alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
7784
7785         /*
7786          * Reset the nr_zones, order and highest_zoneidx before reuse.
7787          * Note that kswapd will init kswapd_highest_zoneidx properly
7788          * when it starts in the near future.
7789          */
7790         pgdat->nr_zones = 0;
7791         pgdat->kswapd_order = 0;
7792         pgdat->kswapd_highest_zoneidx = 0;
7793         pgdat->node_start_pfn = 0;
7794         for_each_online_cpu(cpu) {
7795                 struct per_cpu_nodestat *p;
7796
7797                 p = per_cpu_ptr(pgdat->per_cpu_nodestats, cpu);
7798                 memset(p, 0, sizeof(*p));
7799         }
7800
7801         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
7802                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
7803 }
7804 #endif
7805
7806 /*
7807  * Set up the zone data structures:
7808  *   - mark all pages reserved
7809  *   - mark all memory queues empty
7810  *   - clear the memory bitmaps
7811  *
7812  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
7813  * NOTE: this function is only called during early init.
7814  */
7815 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
7816 {
7817         enum zone_type j;
7818         int nid = pgdat->node_id;
7819
7820         pgdat_init_internals(pgdat);
7821         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
7822
7823         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7824                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7825                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
7826
7827                 size = zone->spanned_pages;
7828                 freesize = zone->present_pages;
7829
7830                 /*
7831                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
7832                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
7833                  * and per-cpu initialisations
7834                  */
7835                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
7836                 if (!is_highmem_idx(j)) {
7837                         if (freesize >= memmap_pages) {
7838                                 freesize -= memmap_pages;
7839                                 if (memmap_pages)
7840                                         pr_debug("  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
7841                                                  zone_names[j], memmap_pages);
7842                         } else
7843                                 pr_warn("  %s zone: %lu memmap pages exceeds freesize %lu\n",
7844                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
7845                 }
7846
7847                 /* Account for reserved pages */
7848                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
7849                         freesize -= dma_reserve;
7850                         pr_debug("  %s zone: %lu pages reserved\n", zone_names[0], dma_reserve);
7851                 }
7852
7853                 if (!is_highmem_idx(j))
7854                         nr_kernel_pages += freesize;
7855                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
7856                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
7857                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
7858                 nr_all_pages += freesize;
7859
7860                 /*
7861                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
7862                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
7863                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
7864                  */
7865                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
7866
7867                 if (!size)
7868                         continue;
7869
7870                 set_pageblock_order();
7871                 setup_usemap(zone);
7872                 init_currently_empty_zone(zone, zone->zone_start_pfn, size);
7873         }
7874 }
7875
7876 #ifdef CONFIG_FLATMEM
7877 static void __init alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
7878 {
7879         unsigned long __maybe_unused start = 0;
7880         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
7881
7882         /* Skip empty nodes */
7883         if (!pgdat->node_spanned_pages)
7884                 return;
7885
7886         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
7887         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
7888         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
7889         if (!pgdat->node_mem_map) {
7890                 unsigned long size, end;
7891                 struct page *map;
7892
7893                 /*
7894                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
7895                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
7896                  * for the buddy allocator to function correctly.
7897                  */
7898                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
7899                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7900                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
7901                 map = memmap_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES, MEMBLOCK_LOW_LIMIT,
7902                                    pgdat->node_id, false);
7903                 if (!map)
7904                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
7905                               size, pgdat->node_id);
7906                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
7907         }
7908         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
7909                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
7910                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
7911 #ifndef CONFIG_NUMA
7912         /*
7913          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
7914          */
7915         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
7916                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
7917                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
7918                         mem_map -= offset;
7919         }
7920 #endif
7921 }
7922 #else
7923 static inline void alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
7924 #endif /* CONFIG_FLATMEM */
7925
7926 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
7927 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
7928 {
7929         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
7930 }
7931 #else
7932 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
7933 #endif
7934
7935 static void __init free_area_init_node(int nid)
7936 {
7937         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7938         unsigned long start_pfn = 0;
7939         unsigned long end_pfn = 0;
7940
7941         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
7942         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_highest_zoneidx);
7943
7944         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
7945
7946         pgdat->node_id = nid;
7947         pgdat->node_start_pfn = start_pfn;
7948         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
7949
7950         if (start_pfn != end_pfn) {
7951                 pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7952                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7953                         end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
7954         } else {
7955                 pr_info("Initmem setup node %d as memoryless\n", nid);
7956         }
7957
7958         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn);
7959
7960         alloc_node_mem_map(pgdat);
7961         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
7962
7963         free_area_init_core(pgdat);
7964         lru_gen_init_pgdat(pgdat);
7965 }
7966
7967 static void __init free_area_init_memoryless_node(int nid)
7968 {
7969         free_area_init_node(nid);
7970 }
7971
7972 #if MAX_NUMNODES > 1
7973 /*
7974  * Figure out the number of possible node ids.
7975  */
7976 void __init setup_nr_node_ids(void)
7977 {
7978         unsigned int highest;
7979
7980         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
7981         nr_node_ids = highest + 1;
7982 }
7983 #endif
7984
7985 /**
7986  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
7987  *
7988  * This function should be called after node map is populated and sorted.
7989  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
7990  * all the nodes.
7991  *
7992  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
7993  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
7994  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
7995  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
7996  *
7997  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
7998  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
7999  * populated node map.
8000  *
8001  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
8002  * requirement (single node).
8003  */
8004 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
8005 {
8006         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
8007         unsigned long start, end, mask;
8008         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
8009         int i, nid;
8010
8011         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
8012                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
8013                         last_nid = nid;
8014                         last_end = end;
8015                         continue;
8016                 }
8017
8018                 /*
8019                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
8020                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
8021                  * too coarse to separate the current node from the last.
8022                  */
8023                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
8024                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
8025                         mask <<= 1;
8026
8027                 /* accumulate all internode masks */
8028                 accl_mask |= mask;
8029         }
8030
8031         /* convert mask to number of pages */
8032         return ~accl_mask + 1;
8033 }
8034
8035 /*
8036  * early_calculate_totalpages()
8037  * Sum pages in active regions for movable zone.
8038  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
8039  */
8040 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
8041 {
8042         unsigned long totalpages = 0;
8043         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8044         int i, nid;
8045
8046         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8047                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
8048
8049                 totalpages += pages;
8050                 if (pages)
8051                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8052         }
8053         return totalpages;
8054 }
8055
8056 /*
8057  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
8058  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
8059  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
8060  * others
8061  */
8062 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
8063 {
8064         int i, nid;
8065         unsigned long usable_startpfn;
8066         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
8067         /* save the state before borrow the nodemask */
8068         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
8069         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
8070         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
8071         struct memblock_region *r;
8072
8073         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
8074         find_usable_zone_for_movable();
8075
8076         /*
8077          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
8078          * options.
8079          */
8080         if (movable_node_is_enabled()) {
8081                 for_each_mem_region(r) {
8082                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
8083                                 continue;
8084
8085                         nid = memblock_get_region_node(r);
8086
8087                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
8088                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8089                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8090                                 usable_startpfn;
8091                 }
8092
8093                 goto out2;
8094         }
8095
8096         /*
8097          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
8098          */
8099         if (mirrored_kernelcore) {
8100                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
8101
8102                 for_each_mem_region(r) {
8103                         if (memblock_is_mirror(r))
8104                                 continue;
8105
8106                         nid = memblock_get_region_node(r);
8107
8108                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
8109
8110                         if (usable_startpfn < PHYS_PFN(SZ_4G)) {
8111                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
8112                                 continue;
8113                         }
8114
8115                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
8116                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
8117                                 usable_startpfn;
8118                 }
8119
8120                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
8121                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.\n");
8122
8123                 goto out2;
8124         }
8125
8126         /*
8127          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
8128          * amount of necessary memory.
8129          */
8130         if (required_kernelcore_percent)
8131                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
8132                                        10000UL;
8133         if (required_movablecore_percent)
8134                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
8135                                         10000UL;
8136
8137         /*
8138          * If movablecore= was specified, calculate what size of
8139          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
8140          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
8141          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
8142          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
8143          * what movablecore would have allowed.
8144          */
8145         if (required_movablecore) {
8146                 unsigned long corepages;
8147
8148                 /*
8149                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
8150                  * was requested by the user
8151                  */
8152                 required_movablecore =
8153                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
8154                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
8155                 corepages = totalpages - required_movablecore;
8156
8157                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
8158         }
8159
8160         /*
8161          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
8162          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
8163          */
8164         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
8165                 goto out;
8166
8167         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
8168         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
8169
8170 restart:
8171         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
8172         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8173         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
8174                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8175
8176                 /*
8177                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
8178                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
8179                  * amount of memory for the kernel
8180                  */
8181                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
8182                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
8183
8184                 /*
8185                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
8186                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
8187                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
8188                  */
8189                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
8190
8191                 /* Go through each range of PFNs within this node */
8192                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
8193                         unsigned long size_pages;
8194
8195                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
8196                         if (start_pfn >= end_pfn)
8197                                 continue;
8198
8199                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
8200                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
8201                                 unsigned long kernel_pages;
8202                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
8203                                                                 - start_pfn;
8204
8205                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
8206                                                         kernelcore_remaining);
8207                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
8208                                                         required_kernelcore);
8209
8210                                 /* Continue if range is now fully accounted */
8211                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
8212
8213                                         /*
8214                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
8215                                          * that if we have to rebalance
8216                                          * kernelcore across nodes, we will
8217                                          * not double account here
8218                                          */
8219                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
8220                                         continue;
8221                                 }
8222                                 start_pfn = usable_startpfn;
8223                         }
8224
8225                         /*
8226                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
8227                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
8228                          * number of pages used as kernelcore
8229                          */
8230                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
8231                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
8232                                 size_pages = kernelcore_remaining;
8233                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
8234
8235                         /*
8236                          * Some kernelcore has been met, update counts and
8237                          * break if the kernelcore for this node has been
8238                          * satisfied
8239                          */
8240                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
8241                                                                 size_pages);
8242                         kernelcore_remaining -= size_pages;
8243                         if (!kernelcore_remaining)
8244                                 break;
8245                 }
8246         }
8247
8248         /*
8249          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
8250          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
8251          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
8252          * satisfied
8253          */
8254         usable_nodes--;
8255         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
8256                 goto restart;
8257
8258 out2:
8259         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
8260         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++) {
8261                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
8262
8263                 zone_movable_pfn[nid] =
8264                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
8265
8266                 get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
8267                 if (zone_movable_pfn[nid] >= end_pfn)
8268                         zone_movable_pfn[nid] = 0;
8269         }
8270
8271 out:
8272         /* restore the node_state */
8273         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
8274 }
8275
8276 /* Any regular or high memory on that node ? */
8277 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
8278 {
8279         enum zone_type zone_type;
8280
8281         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
8282                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
8283                 if (populated_zone(zone)) {
8284                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
8285                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
8286                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
8287                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
8288                         break;
8289                 }
8290         }
8291 }
8292
8293 /*
8294  * Some architectures, e.g. ARC may have ZONE_HIGHMEM below ZONE_NORMAL. For
8295  * such cases we allow max_zone_pfn sorted in the descending order
8296  */
8297 bool __weak arch_has_descending_max_zone_pfns(void)
8298 {
8299         return false;
8300 }
8301
8302 /**
8303  * free_area_init - Initialise all pg_data_t and zone data
8304  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
8305  *
8306  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
8307  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
8308  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
8309  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
8310  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
8311  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
8312  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
8313  * at arch_max_dma_pfn.
8314  */
8315 void __init free_area_init(unsigned long *max_zone_pfn)
8316 {
8317         unsigned long start_pfn, end_pfn;
8318         int i, nid, zone;
8319         bool descending;
8320
8321         /* Record where the zone boundaries are */
8322         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
8323                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
8324         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
8325                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
8326
8327         start_pfn = PHYS_PFN(memblock_start_of_DRAM());
8328         descending = arch_has_descending_max_zone_pfns();
8329
8330         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8331                 if (descending)
8332                         zone = MAX_NR_ZONES - i - 1;
8333                 else
8334                         zone = i;
8335
8336                 if (zone == ZONE_MOVABLE)
8337                         continue;
8338
8339                 end_pfn = max(max_zone_pfn[zone], start_pfn);
8340                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone] = start_pfn;
8341                 arch_zone_highest_possible_pfn[zone] = end_pfn;
8342
8343                 start_pfn = end_pfn;
8344         }
8345
8346         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8347         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
8348         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
8349
8350         /* Print out the zone ranges */
8351         pr_info("Zone ranges:\n");
8352         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8353                 if (i == ZONE_MOVABLE)
8354                         continue;
8355                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
8356                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
8357                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
8358                         pr_cont("empty\n");
8359                 else
8360                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
8361                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
8362                                         << PAGE_SHIFT,
8363                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
8364                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
8365         }
8366
8367         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
8368         pr_info("Movable zone start for each node\n");
8369         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
8370                 if (zone_movable_pfn[i])
8371                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
8372                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
8373         }
8374
8375         /*
8376          * Print out the early node map, and initialize the
8377          * subsection-map relative to active online memory ranges to
8378          * enable future "sub-section" extensions of the memory map.
8379          */
8380         pr_info("Early memory node ranges\n");
8381         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
8382                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
8383                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
8384                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
8385                 subsection_map_init(start_pfn, end_pfn - start_pfn);
8386         }
8387
8388         /* Initialise every node */
8389         mminit_verify_pageflags_layout();
8390         setup_nr_node_ids();
8391         for_each_node(nid) {
8392                 pg_data_t *pgdat;
8393
8394                 if (!node_online(nid)) {
8395                         pr_info("Initializing node %d as memoryless\n", nid);
8396
8397                         /* Allocator not initialized yet */
8398                         pgdat = arch_alloc_nodedata(nid);
8399                         if (!pgdat) {
8400                                 pr_err("Cannot allocate %zuB for node %d.\n",
8401                                                 sizeof(*pgdat), nid);
8402                                 continue;
8403                         }
8404                         arch_refresh_nodedata(nid, pgdat);
8405                         free_area_init_memoryless_node(nid);
8406
8407                         /*
8408                          * We do not want to confuse userspace by sysfs
8409                          * files/directories for node without any memory
8410                          * attached to it, so this node is not marked as
8411                          * N_MEMORY and not marked online so that no sysfs
8412                          * hierarchy will be created via register_one_node for
8413                          * it. The pgdat will get fully initialized by
8414                          * hotadd_init_pgdat() when memory is hotplugged into
8415                          * this node.
8416                          */
8417                         continue;
8418                 }
8419
8420                 pgdat = NODE_DATA(nid);
8421                 free_area_init_node(nid);
8422
8423                 /* Any memory on that node */
8424                 if (pgdat->node_present_pages)
8425                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
8426                 check_for_memory(pgdat, nid);
8427         }
8428
8429         memmap_init();
8430 }
8431
8432 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
8433                                      unsigned long *percent)
8434 {
8435         unsigned long long coremem;
8436         char *endptr;
8437
8438         if (!p)
8439                 return -EINVAL;
8440
8441         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
8442         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
8443         if (*endptr == '%') {
8444                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
8445                 WARN_ON(coremem > 100);
8446
8447                 *percent = coremem;
8448         } else {
8449                 coremem = memparse(p, &p);
8450                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
8451                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
8452
8453                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
8454                 *percent = 0UL;
8455         }
8456         return 0;
8457 }
8458
8459 /*
8460  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8461  * cannot be reclaimed or migrated.
8462  */
8463 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
8464 {
8465         /* parse kernelcore=mirror */
8466         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
8467                 mirrored_kernelcore = true;
8468                 return 0;
8469         }
8470
8471         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
8472                                   &required_kernelcore_percent);
8473 }
8474
8475 /*
8476  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
8477  * can be reclaimed or migrated.
8478  */
8479 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
8480 {
8481         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
8482                                   &required_movablecore_percent);
8483 }
8484
8485 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
8486 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
8487
8488 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
8489 {
8490         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
8491         totalram_pages_add(count);
8492 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
8493         if (PageHighMem(page))
8494                 totalhigh_pages_add(count);
8495 #endif
8496 }
8497 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
8498
8499 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
8500 {
8501         void *pos;
8502         unsigned long pages = 0;
8503
8504         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
8505         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
8506         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
8507                 struct page *page = virt_to_page(pos);
8508                 void *direct_map_addr;
8509
8510                 /*
8511                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
8512                  * because some architectures' virt_to_page()
8513                  * work with aliases.  Getting the direct map
8514                  * address ensures that we get a _writeable_
8515                  * alias for the memset().
8516                  */
8517                 direct_map_addr = page_address(page);
8518                 /*
8519                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
8520                  * has not been initialized.
8521                  */
8522                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
8523                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
8524                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
8525
8526                 free_reserved_page(page);
8527         }
8528
8529         if (pages && s)
8530                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
8531
8532         return pages;
8533 }
8534
8535 void __init mem_init_print_info(void)
8536 {
8537         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
8538         unsigned long init_code_size, init_data_size;
8539
8540         physpages = get_num_physpages();
8541         codesize = _etext - _stext;
8542         datasize = _edata - _sdata;
8543         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
8544         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
8545         init_data_size = __init_end - __init_begin;
8546         init_code_size = _einittext - _sinittext;
8547
8548         /*
8549          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
8550          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
8551          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
8552          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
8553          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
8554          */
8555 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
8556         do { \
8557                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
8558                         size -= adj; \
8559         } while (0)
8560
8561         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
8562                      _sinittext, init_code_size);
8563         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
8564         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
8565         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
8566         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
8567
8568 #undef  adj_init_size
8569
8570         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
8571 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8572                 ", %luK highmem"
8573 #endif
8574                 ")\n",
8575                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
8576                 codesize / SZ_1K, datasize / SZ_1K, rosize / SZ_1K,
8577                 (init_data_size + init_code_size) / SZ_1K, bss_size / SZ_1K,
8578                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
8579                 K(totalcma_pages)
8580 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
8581                 , K(totalhigh_pages())
8582 #endif
8583                 );
8584 }
8585
8586 /**
8587  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
8588  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
8589  *
8590  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
8591  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
8592  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
8593  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
8594  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
8595  * smaller per-cpu batchsize.
8596  */
8597 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
8598 {
8599         dma_reserve = new_dma_reserve;
8600 }
8601
8602 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
8603 {
8604         struct zone *zone;
8605
8606         lru_add_drain_cpu(cpu);
8607         mlock_drain_remote(cpu);
8608         drain_pages(cpu);
8609
8610         /*
8611          * Spill the event counters of the dead processor
8612          * into the current processors event counters.
8613          * This artificially elevates the count of the current
8614          * processor.
8615          */
8616         vm_events_fold_cpu(cpu);
8617
8618         /*
8619          * Zero the differential counters of the dead processor
8620          * so that the vm statistics are consistent.
8621          *
8622          * This is only okay since the processor is dead and cannot
8623          * race with what we are doing.
8624          */
8625         cpu_vm_stats_fold(cpu);
8626
8627         for_each_populated_zone(zone)
8628                 zone_pcp_update(zone, 0);
8629
8630         return 0;
8631 }
8632
8633 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
8634 {
8635         struct zone *zone;
8636
8637         for_each_populated_zone(zone)
8638                 zone_pcp_update(zone, 1);
8639         return 0;
8640 }
8641
8642 #ifdef CONFIG_NUMA
8643 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
8644
8645 static int __init set_hashdist(char *str)
8646 {
8647         if (!str)
8648                 return 0;
8649         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
8650         return 1;
8651 }
8652 __setup("hashdist=", set_hashdist);
8653 #endif
8654
8655 void __init page_alloc_init(void)
8656 {
8657         int ret;
8658
8659 #ifdef CONFIG_NUMA
8660         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
8661                 hashdist = 0;
8662 #endif
8663
8664         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
8665                                         "mm/page_alloc:pcp",
8666                                         page_alloc_cpu_online,
8667                                         page_alloc_cpu_dead);
8668         WARN_ON(ret < 0);
8669 }
8670
8671 /*
8672  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
8673  *      or min_free_kbytes changes.
8674  */
8675 static void calculate_totalreserve_pages(void)
8676 {
8677         struct pglist_data *pgdat;
8678         unsigned long reserve_pages = 0;
8679         enum zone_type i, j;
8680
8681         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8682
8683                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
8684
8685                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
8686                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
8687                         long max = 0;
8688                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
8689
8690                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
8691                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8692                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
8693                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
8694                         }
8695
8696                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
8697                         max += high_wmark_pages(zone);
8698
8699                         if (max > managed_pages)
8700                                 max = managed_pages;
8701
8702                         pgdat->totalreserve_pages += max;
8703
8704                         reserve_pages += max;
8705                 }
8706         }
8707         totalreserve_pages = reserve_pages;
8708 }
8709
8710 /*
8711  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
8712  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
8713  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
8714  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
8715  */
8716 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
8717 {
8718         struct pglist_data *pgdat;
8719         enum zone_type i, j;
8720
8721         for_each_online_pgdat(pgdat) {
8722                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
8723                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
8724                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
8725                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
8726                         unsigned long managed_pages = 0;
8727
8728                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
8729                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
8730
8731                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
8732
8733                                 if (clear)
8734                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
8735                                 else
8736                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
8737                         }
8738                 }
8739         }
8740
8741         /* update totalreserve_pages */
8742         calculate_totalreserve_pages();
8743 }
8744
8745 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
8746 {
8747         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
8748         unsigned long lowmem_pages = 0;
8749         struct zone *zone;
8750         unsigned long flags;
8751
8752         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
8753         for_each_zone(zone) {
8754                 if (!is_highmem(zone))
8755                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
8756         }
8757
8758         for_each_zone(zone) {
8759                 u64 tmp;
8760
8761                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8762                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
8763                 do_div(tmp, lowmem_pages);
8764                 if (is_highmem(zone)) {
8765                         /*
8766                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
8767                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
8768                          * value here.
8769                          *
8770                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
8771                          * deltas control async page reclaim, and so should
8772                          * not be capped for highmem.
8773                          */
8774                         unsigned long min_pages;
8775
8776                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
8777                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
8778                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
8779                 } else {
8780                         /*
8781                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
8782                          * proportionate to the zone's size.
8783                          */
8784                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
8785                 }
8786
8787                 /*
8788                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
8789                  * scale factor in proportion to available memory, but
8790                  * ensure a minimum size on small systems.
8791                  */
8792                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
8793                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
8794                                       watermark_scale_factor, 10000));
8795
8796                 zone->watermark_boost = 0;
8797                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
8798                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
8799                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
8800
8801                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8802         }
8803
8804         /* update totalreserve_pages */
8805         calculate_totalreserve_pages();
8806 }
8807
8808 /**
8809  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
8810  * or when memory is hot-{added|removed}
8811  *
8812  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
8813  * correctly with respect to min_free_kbytes.
8814  */
8815 void setup_per_zone_wmarks(void)
8816 {
8817         struct zone *zone;
8818         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
8819
8820         spin_lock(&lock);
8821         __setup_per_zone_wmarks();
8822         spin_unlock(&lock);
8823
8824         /*
8825          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
8826          * and high limits or the limits may be inappropriate.
8827          */
8828         for_each_zone(zone)
8829                 zone_pcp_update(zone, 0);
8830 }
8831
8832 /*
8833  * Initialise min_free_kbytes.
8834  *
8835  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
8836  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
8837  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
8838  *
8839  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
8840  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
8841  *
8842  * which yields
8843  *
8844  * 16MB:        512k
8845  * 32MB:        724k
8846  * 64MB:        1024k
8847  * 128MB:       1448k
8848  * 256MB:       2048k
8849  * 512MB:       2896k
8850  * 1024MB:      4096k
8851  * 2048MB:      5792k
8852  * 4096MB:      8192k
8853  * 8192MB:      11584k
8854  * 16384MB:     16384k
8855  */
8856 void calculate_min_free_kbytes(void)
8857 {
8858         unsigned long lowmem_kbytes;
8859         int new_min_free_kbytes;
8860
8861         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
8862         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
8863
8864         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
8865                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
8866         else
8867                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
8868                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
8869
8870 }
8871
8872 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
8873 {
8874         calculate_min_free_kbytes();
8875         setup_per_zone_wmarks();
8876         refresh_zone_stat_thresholds();
8877         setup_per_zone_lowmem_reserve();
8878
8879 #ifdef CONFIG_NUMA
8880         setup_min_unmapped_ratio();
8881         setup_min_slab_ratio();
8882 #endif
8883
8884         khugepaged_min_free_kbytes_update();
8885
8886         return 0;
8887 }
8888 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
8889
8890 /*
8891  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
8892  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
8893  *      changes.
8894  */
8895 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8896                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8897 {
8898         int rc;
8899
8900         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8901         if (rc)
8902                 return rc;
8903
8904         if (write) {
8905                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
8906                 setup_per_zone_wmarks();
8907         }
8908         return 0;
8909 }
8910
8911 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8912                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8913 {
8914         int rc;
8915
8916         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8917         if (rc)
8918                 return rc;
8919
8920         if (write)
8921                 setup_per_zone_wmarks();
8922
8923         return 0;
8924 }
8925
8926 #ifdef CONFIG_NUMA
8927 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
8928 {
8929         pg_data_t *pgdat;
8930         struct zone *zone;
8931
8932         for_each_online_pgdat(pgdat)
8933                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
8934
8935         for_each_zone(zone)
8936                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8937                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
8938 }
8939
8940
8941 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8942                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8943 {
8944         int rc;
8945
8946         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8947         if (rc)
8948                 return rc;
8949
8950         setup_min_unmapped_ratio();
8951
8952         return 0;
8953 }
8954
8955 static void setup_min_slab_ratio(void)
8956 {
8957         pg_data_t *pgdat;
8958         struct zone *zone;
8959
8960         for_each_online_pgdat(pgdat)
8961                 pgdat->min_slab_pages = 0;
8962
8963         for_each_zone(zone)
8964                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
8965                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
8966 }
8967
8968 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8969                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8970 {
8971         int rc;
8972
8973         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8974         if (rc)
8975                 return rc;
8976
8977         setup_min_slab_ratio();
8978
8979         return 0;
8980 }
8981 #endif
8982
8983 /*
8984  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
8985  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
8986  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
8987  *
8988  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
8989  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
8990  * if in function of the boot time zone sizes.
8991  */
8992 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
8993                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
8994 {
8995         int i;
8996
8997         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
8998
8999         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
9000                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
9001                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
9002         }
9003
9004         setup_per_zone_lowmem_reserve();
9005         return 0;
9006 }
9007
9008 /*
9009  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
9010  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
9011  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
9012  */
9013 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
9014                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
9015 {
9016         struct zone *zone;
9017         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
9018         int ret;
9019
9020         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9021         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
9022
9023         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
9024         if (!write || ret < 0)
9025                 goto out;
9026
9027         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
9028         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
9029             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
9030                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
9031                 ret = -EINVAL;
9032                 goto out;
9033         }
9034
9035         /* No change? */
9036         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
9037                 goto out;
9038
9039         for_each_populated_zone(zone)
9040                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
9041 out:
9042         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9043         return ret;
9044 }
9045
9046 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
9047 /*
9048  * Returns the number of pages that arch has reserved but
9049  * is not known to alloc_large_system_hash().
9050  */
9051 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
9052 {
9053         return 0;
9054 }
9055 #endif
9056
9057 /*
9058  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
9059  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
9060  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
9061  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
9062  * only doubles, instead of quadrupling as well.
9063  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
9064  * makes sense, it is disabled on such platforms.
9065  */
9066 #if __BITS_PER_LONG > 32
9067 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
9068 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
9069 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
9070 #endif
9071
9072 /*
9073  * allocate a large system hash table from bootmem
9074  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
9075  *   quantity of entries
9076  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
9077  */
9078 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
9079                                      unsigned long bucketsize,
9080                                      unsigned long numentries,
9081                                      int scale,
9082                                      int flags,
9083                                      unsigned int *_hash_shift,
9084                                      unsigned int *_hash_mask,
9085                                      unsigned long low_limit,
9086                                      unsigned long high_limit)
9087 {
9088         unsigned long long max = high_limit;
9089         unsigned long log2qty, size;
9090         void *table;
9091         gfp_t gfp_flags;
9092         bool virt;
9093         bool huge;
9094
9095         /* allow the kernel cmdline to have a say */
9096         if (!numentries) {
9097                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
9098                 numentries = nr_kernel_pages;
9099                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
9100
9101                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
9102                 if (PAGE_SIZE < SZ_1M)
9103                         numentries = round_up(numentries, SZ_1M / PAGE_SIZE);
9104
9105 #if __BITS_PER_LONG > 32
9106                 if (!high_limit) {
9107                         unsigned long adapt;
9108
9109                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
9110                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
9111                                 scale++;
9112                 }
9113 #endif
9114
9115                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
9116                 if (scale > PAGE_SHIFT)
9117                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
9118                 else
9119                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
9120
9121                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
9122                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
9123                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
9124                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
9125                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
9126                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
9127                                 BUG_ON(!numentries);
9128                         }
9129                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
9130                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
9131         }
9132         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
9133
9134         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
9135         if (max == 0) {
9136                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
9137                 do_div(max, bucketsize);
9138         }
9139         max = min(max, 0x80000000ULL);
9140
9141         if (numentries < low_limit)
9142                 numentries = low_limit;
9143         if (numentries > max)
9144                 numentries = max;
9145
9146         log2qty = ilog2(numentries);
9147
9148         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
9149         do {
9150                 virt = false;
9151                 size = bucketsize << log2qty;
9152                 if (flags & HASH_EARLY) {
9153                         if (flags & HASH_ZERO)
9154                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
9155                         else
9156                                 table = memblock_alloc_raw(size,
9157                                                            SMP_CACHE_BYTES);
9158                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
9159                         table = vmalloc_huge(size, gfp_flags);
9160                         virt = true;
9161                         if (table)
9162                                 huge = is_vm_area_hugepages(table);
9163                 } else {
9164                         /*
9165                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
9166                          * some pages at the end of hash table which
9167                          * alloc_pages_exact() automatically does
9168                          */
9169                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
9170                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
9171                 }
9172         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
9173
9174         if (!table)
9175                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
9176
9177         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
9178                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
9179                 virt ? (huge ? "vmalloc hugepage" : "vmalloc") : "linear");
9180
9181         if (_hash_shift)
9182                 *_hash_shift = log2qty;
9183         if (_hash_mask)
9184                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
9185
9186         return table;
9187 }
9188
9189 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
9190 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
9191         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
9192 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
9193 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9194 {
9195         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
9196
9197         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
9198                 struct page *page;
9199
9200                 dump_stack();
9201                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
9202                         dump_page(page, "migration failure");
9203         }
9204 }
9205 #else
9206 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
9207 {
9208 }
9209 #endif
9210
9211 /* [start, end) must belong to a single zone. */
9212 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
9213                                         unsigned long start, unsigned long end)
9214 {
9215         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
9216         unsigned int nr_reclaimed;
9217         unsigned long pfn = start;
9218         unsigned int tries = 0;
9219         int ret = 0;
9220         struct migration_target_control mtc = {
9221                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
9222                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
9223         };
9224
9225         lru_cache_disable();
9226
9227         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
9228                 if (fatal_signal_pending(current)) {
9229                         ret = -EINTR;
9230                         break;
9231                 }
9232
9233                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
9234                         cc->nr_migratepages = 0;
9235                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
9236                         if (ret && ret != -EAGAIN)
9237                                 break;
9238                         pfn = cc->migrate_pfn;
9239                         tries = 0;
9240                 } else if (++tries == 5) {
9241                         ret = -EBUSY;
9242                         break;
9243                 }
9244
9245                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
9246                                                         &cc->migratepages);
9247                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
9248
9249                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
9250                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
9251
9252                 /*
9253                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
9254                  * to retry again over this error, so do the same here.
9255                  */
9256                 if (ret == -ENOMEM)
9257                         break;
9258         }
9259
9260         lru_cache_enable();
9261         if (ret < 0) {
9262                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
9263                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
9264                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
9265                 return ret;
9266         }
9267         return 0;
9268 }
9269
9270 /**
9271  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
9272  * @start:      start PFN to allocate
9273  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
9274  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
9275  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
9276  *                      in range must have the same migratetype and it must
9277  *                      be either of the two.
9278  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
9279  *
9280  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
9281  * belong to a single zone.
9282  *
9283  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
9284  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
9285  * be modified by others.
9286  *
9287  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
9288  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
9289  * need to be freed with free_contig_range().
9290  */
9291 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
9292                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
9293 {
9294         unsigned long outer_start, outer_end;
9295         int order;
9296         int ret = 0;
9297
9298         struct compact_control cc = {
9299                 .nr_migratepages = 0,
9300                 .order = -1,
9301                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
9302                 .mode = MIGRATE_SYNC,
9303                 .ignore_skip_hint = true,
9304                 .no_set_skip_hint = true,
9305                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
9306                 .alloc_contig = true,
9307         };
9308         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
9309
9310         /*
9311          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
9312          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
9313          * have different sizes, and due to the way page allocator
9314          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
9315          *
9316          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
9317          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
9318          * we are interested in). This will put all the pages in
9319          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
9320          *
9321          * When this is done, we take the pages in range from page
9322          * allocator removing them from the buddy system.  This way
9323          * page allocator will never consider using them.
9324          *
9325          * This lets us mark the pageblocks back as
9326          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
9327          * aligned range but not in the unaligned, original range are
9328          * put back to page allocator so that buddy can use them.
9329          */
9330
9331         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
9332         if (ret)
9333                 goto done;
9334
9335         drain_all_pages(cc.zone);
9336
9337         /*
9338          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
9339          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
9340          * which will report the busy page.
9341          *
9342          * It is possible that busy pages could become available before
9343          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
9344          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
9345          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
9346          */
9347         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
9348         if (ret && ret != -EBUSY)
9349                 goto done;
9350         ret = 0;
9351
9352         /*
9353          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
9354          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
9355          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
9356          * What we are going to do is to allocate all pages from
9357          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
9358          *
9359          * The only problem is that pages at the beginning and at the
9360          * end of interesting range may be not aligned with pages that
9361          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
9362          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
9363          * once this is done free the pages we are not interested in.
9364          *
9365          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
9366          * isolated thus they won't get removed from buddy.
9367          */
9368
9369         order = 0;
9370         outer_start = start;
9371         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
9372                 if (++order >= MAX_ORDER) {
9373                         outer_start = start;
9374                         break;
9375                 }
9376                 outer_start &= ~0UL << order;
9377         }
9378
9379         if (outer_start != start) {
9380                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
9381
9382                 /*
9383                  * outer_start page could be small order buddy page and
9384                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
9385                  * in this case to report failed page properly
9386                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
9387                  */
9388                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
9389                         outer_start = start;
9390         }
9391
9392         /* Make sure the range is really isolated. */
9393         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
9394                 ret = -EBUSY;
9395                 goto done;
9396         }
9397
9398         /* Grab isolated pages from freelists. */
9399         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
9400         if (!outer_end) {
9401                 ret = -EBUSY;
9402                 goto done;
9403         }
9404
9405         /* Free head and tail (if any) */
9406         if (start != outer_start)
9407                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
9408         if (end != outer_end)
9409                 free_contig_range(end, outer_end - end);
9410
9411 done:
9412         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
9413         return ret;
9414 }
9415 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
9416
9417 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
9418                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
9419 {
9420         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9421
9422         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
9423                                   gfp_mask);
9424 }
9425
9426 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
9427                                    unsigned long nr_pages)
9428 {
9429         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
9430         struct page *page;
9431
9432         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
9433                 page = pfn_to_online_page(i);
9434                 if (!page)
9435                         return false;
9436
9437                 if (page_zone(page) != z)
9438                         return false;
9439
9440                 if (PageReserved(page))
9441                         return false;
9442         }
9443         return true;
9444 }
9445
9446 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
9447                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
9448 {
9449         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
9450
9451         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
9452 }
9453
9454 /**
9455  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
9456  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
9457  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
9458  * @nid:        Target node
9459  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
9460  *
9461  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
9462  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
9463  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
9464  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
9465  *
9466  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
9467  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
9468  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
9469  *
9470  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
9471  * __free_page() on each allocated page.
9472  *
9473  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
9474  */
9475 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
9476                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
9477 {
9478         unsigned long ret, pfn, flags;
9479         struct zonelist *zonelist;
9480         struct zone *zone;
9481         struct zoneref *z;
9482
9483         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
9484         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
9485                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
9486                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9487
9488                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
9489                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
9490                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
9491                                 /*
9492                                  * We release the zone lock here because
9493                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
9494                                  * at some point. If there's an allocation
9495                                  * spinning on this lock, it may win the race
9496                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
9497                                  */
9498                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9499                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
9500                                                         gfp_mask);
9501                                 if (!ret)
9502                                         return pfn_to_page(pfn);
9503                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9504                         }
9505                         pfn += nr_pages;
9506                 }
9507                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9508         }
9509         return NULL;
9510 }
9511 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
9512
9513 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
9514 {
9515         unsigned long count = 0;
9516
9517         for (; nr_pages--; pfn++) {
9518                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
9519
9520                 count += page_count(page) != 1;
9521                 __free_page(page);
9522         }
9523         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
9524 }
9525 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
9526
9527 /*
9528  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
9529  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
9530  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
9531  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
9532  *
9533  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
9534  */
9535 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
9536 {
9537         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
9538         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
9539         __drain_all_pages(zone, true);
9540 }
9541
9542 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
9543 {
9544         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
9545         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
9546 }
9547
9548 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
9549 {
9550         int cpu;
9551         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
9552
9553         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
9554                 for_each_online_cpu(cpu) {
9555                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
9556                         drain_zonestat(zone, pzstats);
9557                 }
9558                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
9559                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
9560                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
9561                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
9562                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
9563                 }
9564         }
9565 }
9566
9567 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
9568 /*
9569  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
9570  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
9571  */
9572 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
9573 {
9574         unsigned long pfn = start_pfn;
9575         struct page *page;
9576         struct zone *zone;
9577         unsigned int order;
9578         unsigned long flags;
9579
9580         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
9581         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
9582         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9583         while (pfn < end_pfn) {
9584                 page = pfn_to_page(pfn);
9585                 /*
9586                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
9587                  * page_count() is not 0.
9588                  */
9589                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
9590                         pfn++;
9591                         continue;
9592                 }
9593                 /*
9594                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
9595                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
9596                  */
9597                 if (PageOffline(page)) {
9598                         BUG_ON(page_count(page));
9599                         BUG_ON(PageBuddy(page));
9600                         pfn++;
9601                         continue;
9602                 }
9603
9604                 BUG_ON(page_count(page));
9605                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
9606                 order = buddy_order(page);
9607                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
9608                 pfn += (1 << order);
9609         }
9610         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9611 }
9612 #endif
9613
9614 /*
9615  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
9616  */
9617 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
9618 {
9619         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9620         unsigned int order;
9621
9622         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9623                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9624
9625                 if (PageBuddy(page_head) &&
9626                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
9627                         break;
9628         }
9629
9630         return order < MAX_ORDER;
9631 }
9632 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
9633
9634 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
9635 /*
9636  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
9637  * buddy allocator.
9638  */
9639 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
9640                                    struct page *target, int low, int high,
9641                                    int migratetype)
9642 {
9643         unsigned long size = 1 << high;
9644         struct page *current_buddy, *next_page;
9645
9646         while (high > low) {
9647                 high--;
9648                 size >>= 1;
9649
9650                 if (target >= &page[size]) {
9651                         next_page = page + size;
9652                         current_buddy = page;
9653                 } else {
9654                         next_page = page;
9655                         current_buddy = page + size;
9656                 }
9657
9658                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
9659                         continue;
9660
9661                 if (current_buddy != target) {
9662                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
9663                         set_buddy_order(current_buddy, high);
9664                         page = next_page;
9665                 }
9666         }
9667 }
9668
9669 /*
9670  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
9671  */
9672 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
9673 {
9674         struct zone *zone = page_zone(page);
9675         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9676         unsigned long flags;
9677         unsigned int order;
9678         bool ret = false;
9679
9680         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9681         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
9682                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
9683                 int page_order = buddy_order(page_head);
9684
9685                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
9686                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
9687                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
9688                                                                    pfn_head);
9689
9690                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
9691                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
9692                                                 page_order, migratetype);
9693                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
9694                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
9695                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
9696                         ret = true;
9697                         break;
9698                 }
9699                 if (page_count(page_head) > 0)
9700                         break;
9701         }
9702         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9703         return ret;
9704 }
9705
9706 /*
9707  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
9708  */
9709 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
9710 {
9711         struct zone *zone = page_zone(page);
9712         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
9713         unsigned long flags;
9714         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
9715         bool ret = false;
9716
9717         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
9718         if (put_page_testzero(page)) {
9719                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
9720                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
9721                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
9722                         ret = true;
9723                 }
9724         }
9725         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
9726
9727         return ret;
9728 }
9729 #endif
9730
9731 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
9732 bool has_managed_dma(void)
9733 {
9734         struct pglist_data *pgdat;
9735
9736         for_each_online_pgdat(pgdat) {
9737                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
9738
9739                 if (managed_zone(zone))
9740                         return true;
9741         }
9742         return false;
9743 }
9744 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
This page took 0.586212 seconds and 4 git commands to generate.