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