]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm/page_alloc.c: use a single function to free page
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/page_alloc.c
3  *
4  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
5  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
6  *
7  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
8  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
9  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
10  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
11  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
12  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
13  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
14  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
15  */
16
17 #include <linux/stddef.h>
18 #include <linux/mm.h>
19 #include <linux/highmem.h>
20 #include <linux/swap.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/pagemap.h>
23 #include <linux/jiffies.h>
24 #include <linux/memblock.h>
25 #include <linux/compiler.h>
26 #include <linux/kernel.h>
27 #include <linux/kasan.h>
28 #include <linux/module.h>
29 #include <linux/suspend.h>
30 #include <linux/pagevec.h>
31 #include <linux/blkdev.h>
32 #include <linux/slab.h>
33 #include <linux/ratelimit.h>
34 #include <linux/oom.h>
35 #include <linux/topology.h>
36 #include <linux/sysctl.h>
37 #include <linux/cpu.h>
38 #include <linux/cpuset.h>
39 #include <linux/memory_hotplug.h>
40 #include <linux/nodemask.h>
41 #include <linux/vmalloc.h>
42 #include <linux/vmstat.h>
43 #include <linux/mempolicy.h>
44 #include <linux/memremap.h>
45 #include <linux/stop_machine.h>
46 #include <linux/sort.h>
47 #include <linux/pfn.h>
48 #include <linux/backing-dev.h>
49 #include <linux/fault-inject.h>
50 #include <linux/page-isolation.h>
51 #include <linux/page_ext.h>
52 #include <linux/debugobjects.h>
53 #include <linux/kmemleak.h>
54 #include <linux/compaction.h>
55 #include <trace/events/kmem.h>
56 #include <trace/events/oom.h>
57 #include <linux/prefetch.h>
58 #include <linux/mm_inline.h>
59 #include <linux/migrate.h>
60 #include <linux/hugetlb.h>
61 #include <linux/sched/rt.h>
62 #include <linux/sched/mm.h>
63 #include <linux/page_owner.h>
64 #include <linux/kthread.h>
65 #include <linux/memcontrol.h>
66 #include <linux/ftrace.h>
67 #include <linux/lockdep.h>
68 #include <linux/nmi.h>
69 #include <linux/psi.h>
70
71 #include <asm/sections.h>
72 #include <asm/tlbflush.h>
73 #include <asm/div64.h>
74 #include "internal.h"
75
76 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
77 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
78 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
79
80 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
81 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
82 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
83 #endif
84
85 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
86
87 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
88 /*
89  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
90  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
91  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
92  * defined in <linux/topology.h>.
93  */
94 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
95 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
96 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
97 #endif
98
99 /* work_structs for global per-cpu drains */
100 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
101 DEFINE_PER_CPU(struct work_struct, pcpu_drain);
102
103 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
104 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
105 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
106 #endif
107
108 /*
109  * Array of node states.
110  */
111 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
112         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
113         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
114 #ifndef CONFIG_NUMA
115         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
116 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
117         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
118 #endif
119         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
120         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
121 #endif  /* NUMA */
122 };
123 EXPORT_SYMBOL(node_states);
124
125 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
126 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
127 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
128 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
129
130 int percpu_pagelist_fraction;
131 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
132
133 /*
134  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
135  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
136  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
137  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
138  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
139  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
140  */
141 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
142 {
143         return page->index;
144 }
145
146 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
147 {
148         page->index = migratetype;
149 }
150
151 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
152 /*
153  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
154  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
155  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
156  * they should always be called with system_transition_mutex held
157  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
158  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
159  * with that modification).
160  */
161
162 static gfp_t saved_gfp_mask;
163
164 void pm_restore_gfp_mask(void)
165 {
166         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
167         if (saved_gfp_mask) {
168                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
169                 saved_gfp_mask = 0;
170         }
171 }
172
173 void pm_restrict_gfp_mask(void)
174 {
175         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
176         WARN_ON(saved_gfp_mask);
177         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
178         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
179 }
180
181 bool pm_suspended_storage(void)
182 {
183         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
184                 return false;
185         return true;
186 }
187 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
188
189 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
190 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
191 #endif
192
193 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
194
195 /*
196  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
197  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
198  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
199  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
200  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
201  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
202  *
203  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
204  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
205  */
206 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
207 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
208         [ZONE_DMA] = 256,
209 #endif
210 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
211         [ZONE_DMA32] = 256,
212 #endif
213         [ZONE_NORMAL] = 32,
214 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
215         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
216 #endif
217         [ZONE_MOVABLE] = 0,
218 };
219
220 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
221
222 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
223 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
224          "DMA",
225 #endif
226 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
227          "DMA32",
228 #endif
229          "Normal",
230 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
231          "HighMem",
232 #endif
233          "Movable",
234 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
235          "Device",
236 #endif
237 };
238
239 char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
240         "Unmovable",
241         "Movable",
242         "Reclaimable",
243         "HighAtomic",
244 #ifdef CONFIG_CMA
245         "CMA",
246 #endif
247 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
248         "Isolate",
249 #endif
250 };
251
252 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
253         NULL,
254         free_compound_page,
255 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
256         free_huge_page,
257 #endif
258 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
259         free_transhuge_page,
260 #endif
261 };
262
263 int min_free_kbytes = 1024;
264 int user_min_free_kbytes = -1;
265 int watermark_scale_factor = 10;
266
267 static unsigned long nr_kernel_pages __meminitdata;
268 static unsigned long nr_all_pages __meminitdata;
269 static unsigned long dma_reserve __meminitdata;
270
271 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
272 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
273 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __meminitdata;
274 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
275 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
276 static unsigned long required_movablecore __initdata;
277 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
278 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __meminitdata;
279 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
280
281 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
282 int movable_zone;
283 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
284 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
285
286 #if MAX_NUMNODES > 1
287 int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
288 int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
289 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
290 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
291 #endif
292
293 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
294
295 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
296 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
297 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
298 {
299         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
300
301         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
302                 return true;
303
304         return false;
305 }
306
307 /*
308  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
309  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
310  */
311 static bool __meminit
312 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
313 {
314         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
315
316         /*
317          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
318          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
319          */
320         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
321                 prev_end_pfn = end_pfn;
322                 nr_initialised = 0;
323         }
324
325         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
326         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
327                 return false;
328         nr_initialised++;
329         if ((nr_initialised > NODE_DATA(nid)->static_init_pgcnt) &&
330             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
331                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
332                 return true;
333         }
334         return false;
335 }
336 #else
337 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
338 {
339         return false;
340 }
341
342 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
343 {
344         return false;
345 }
346 #endif
347
348 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
349 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
350                                                         unsigned long pfn)
351 {
352 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
353         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
354 #else
355         return page_zone(page)->pageblock_flags;
356 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
357 }
358
359 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
360 {
361 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
362         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
363         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
364 #else
365         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
366         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
367 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
368 }
369
370 /**
371  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
372  * @page: The page within the block of interest
373  * @pfn: The target page frame number
374  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
375  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
376  *
377  * Return: pageblock_bits flags
378  */
379 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
380                                         unsigned long pfn,
381                                         unsigned long end_bitidx,
382                                         unsigned long mask)
383 {
384         unsigned long *bitmap;
385         unsigned long bitidx, word_bitidx;
386         unsigned long word;
387
388         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
389         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
390         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
391         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
392
393         word = bitmap[word_bitidx];
394         bitidx += end_bitidx;
395         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
396 }
397
398 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
399                                         unsigned long end_bitidx,
400                                         unsigned long mask)
401 {
402         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
403 }
404
405 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
406 {
407         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
408 }
409
410 /**
411  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
412  * @page: The page within the block of interest
413  * @flags: The flags to set
414  * @pfn: The target page frame number
415  * @end_bitidx: The last bit of interest
416  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
417  */
418 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
419                                         unsigned long pfn,
420                                         unsigned long end_bitidx,
421                                         unsigned long mask)
422 {
423         unsigned long *bitmap;
424         unsigned long bitidx, word_bitidx;
425         unsigned long old_word, word;
426
427         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
428
429         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
430         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
431         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
432         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
433
434         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
435
436         bitidx += end_bitidx;
437         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
438         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
439
440         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
441         for (;;) {
442                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
443                 if (word == old_word)
444                         break;
445                 word = old_word;
446         }
447 }
448
449 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
450 {
451         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
452                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
453                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
454
455         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
456                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
457 }
458
459 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
460 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
461 {
462         int ret = 0;
463         unsigned seq;
464         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
465         unsigned long sp, start_pfn;
466
467         do {
468                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
469                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
470                 sp = zone->spanned_pages;
471                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
472                         ret = 1;
473         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
474
475         if (ret)
476                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
477                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
478                         start_pfn, start_pfn + sp);
479
480         return ret;
481 }
482
483 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
484 {
485         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
486                 return 0;
487         if (zone != page_zone(page))
488                 return 0;
489
490         return 1;
491 }
492 /*
493  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
494  */
495 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
496 {
497         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
498                 return 1;
499         if (!page_is_consistent(zone, page))
500                 return 1;
501
502         return 0;
503 }
504 #else
505 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
506 {
507         return 0;
508 }
509 #endif
510
511 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
512                 unsigned long bad_flags)
513 {
514         static unsigned long resume;
515         static unsigned long nr_shown;
516         static unsigned long nr_unshown;
517
518         /*
519          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
520          * or allow a steady drip of one report per second.
521          */
522         if (nr_shown == 60) {
523                 if (time_before(jiffies, resume)) {
524                         nr_unshown++;
525                         goto out;
526                 }
527                 if (nr_unshown) {
528                         pr_alert(
529                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
530                                 nr_unshown);
531                         nr_unshown = 0;
532                 }
533                 nr_shown = 0;
534         }
535         if (nr_shown++ == 0)
536                 resume = jiffies + 60 * HZ;
537
538         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
539                 current->comm, page_to_pfn(page));
540         __dump_page(page, reason);
541         bad_flags &= page->flags;
542         if (bad_flags)
543                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
544                                                 bad_flags, &bad_flags);
545         dump_page_owner(page);
546
547         print_modules();
548         dump_stack();
549 out:
550         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
551         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
552         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
553 }
554
555 /*
556  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
557  *
558  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
559  *
560  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
561  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
562  *
563  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
564  * page destructors. See compound_page_dtors.
565  *
566  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
567  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
568  */
569
570 void free_compound_page(struct page *page)
571 {
572         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
573 }
574
575 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
576 {
577         int i;
578         int nr_pages = 1 << order;
579
580         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
581         set_compound_order(page, order);
582         __SetPageHead(page);
583         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
584                 struct page *p = page + i;
585                 set_page_count(p, 0);
586                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
587                 set_compound_head(p, page);
588         }
589         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
590 }
591
592 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
593 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
594 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
595                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
596 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
597 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
598
599 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
600 {
601         if (!buf)
602                 return -EINVAL;
603         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
604 }
605 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
606
607 static bool need_debug_guardpage(void)
608 {
609         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
610         if (!debug_pagealloc_enabled())
611                 return false;
612
613         if (!debug_guardpage_minorder())
614                 return false;
615
616         return true;
617 }
618
619 static void init_debug_guardpage(void)
620 {
621         if (!debug_pagealloc_enabled())
622                 return;
623
624         if (!debug_guardpage_minorder())
625                 return;
626
627         _debug_guardpage_enabled = true;
628 }
629
630 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
631         .need = need_debug_guardpage,
632         .init = init_debug_guardpage,
633 };
634
635 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
636 {
637         unsigned long res;
638
639         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
640                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
641                 return 0;
642         }
643         _debug_guardpage_minorder = res;
644         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
645         return 0;
646 }
647 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
648
649 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
650                                 unsigned int order, int migratetype)
651 {
652         struct page_ext *page_ext;
653
654         if (!debug_guardpage_enabled())
655                 return false;
656
657         if (order >= debug_guardpage_minorder())
658                 return false;
659
660         page_ext = lookup_page_ext(page);
661         if (unlikely(!page_ext))
662                 return false;
663
664         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
665
666         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
667         set_page_private(page, order);
668         /* Guard pages are not available for any usage */
669         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
670
671         return true;
672 }
673
674 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
675                                 unsigned int order, int migratetype)
676 {
677         struct page_ext *page_ext;
678
679         if (!debug_guardpage_enabled())
680                 return;
681
682         page_ext = lookup_page_ext(page);
683         if (unlikely(!page_ext))
684                 return;
685
686         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
687
688         set_page_private(page, 0);
689         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
690                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
691 }
692 #else
693 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
694 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
695                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
696 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
697                                 unsigned int order, int migratetype) {}
698 #endif
699
700 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
701 {
702         set_page_private(page, order);
703         __SetPageBuddy(page);
704 }
705
706 static inline void rmv_page_order(struct page *page)
707 {
708         __ClearPageBuddy(page);
709         set_page_private(page, 0);
710 }
711
712 /*
713  * This function checks whether a page is free && is the buddy
714  * we can coalesce a page and its buddy if
715  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
716  * (b) the buddy is in the buddy system &&
717  * (c) a page and its buddy have the same order &&
718  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
719  *
720  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
721  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
722  *
723  * For recording page's order, we use page_private(page).
724  */
725 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
726                                                         unsigned int order)
727 {
728         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
729                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
730                         return 0;
731
732                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
733
734                 return 1;
735         }
736
737         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
738                 /*
739                  * zone check is done late to avoid uselessly
740                  * calculating zone/node ids for pages that could
741                  * never merge.
742                  */
743                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
744                         return 0;
745
746                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
747
748                 return 1;
749         }
750         return 0;
751 }
752
753 /*
754  * Freeing function for a buddy system allocator.
755  *
756  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
757  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
758  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
759  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
760  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
761  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
762  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
763  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
764  * parts of the VM system.
765  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
766  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
767  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
768  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
769  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
770  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
771  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
772  * triggers coalescing into a block of larger size.
773  *
774  * -- nyc
775  */
776
777 static inline void __free_one_page(struct page *page,
778                 unsigned long pfn,
779                 struct zone *zone, unsigned int order,
780                 int migratetype)
781 {
782         unsigned long combined_pfn;
783         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
784         struct page *buddy;
785         unsigned int max_order;
786
787         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
788
789         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
790         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
791
792         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
793         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
794                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
795
796         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
797         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
798
799 continue_merging:
800         while (order < max_order - 1) {
801                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
802                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
803
804                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
805                         goto done_merging;
806                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
807                         goto done_merging;
808                 /*
809                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
810                  * merge with it and move up one order.
811                  */
812                 if (page_is_guard(buddy)) {
813                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
814                 } else {
815                         list_del(&buddy->lru);
816                         zone->free_area[order].nr_free--;
817                         rmv_page_order(buddy);
818                 }
819                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
820                 page = page + (combined_pfn - pfn);
821                 pfn = combined_pfn;
822                 order++;
823         }
824         if (max_order < MAX_ORDER) {
825                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
826                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
827                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
828                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
829                  *
830                  * We don't want to hit this code for the more frequent
831                  * low-order merging.
832                  */
833                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
834                         int buddy_mt;
835
836                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
837                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
838                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
839
840                         if (migratetype != buddy_mt
841                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
842                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
843                                 goto done_merging;
844                 }
845                 max_order++;
846                 goto continue_merging;
847         }
848
849 done_merging:
850         set_page_order(page, order);
851
852         /*
853          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
854          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
855          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
856          * that is happening, add the free page to the tail of the list
857          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
858          * as a higher order page
859          */
860         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)) {
861                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
862                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
863                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
864                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
865                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
866                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
867                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
868                         list_add_tail(&page->lru,
869                                 &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
870                         goto out;
871                 }
872         }
873
874         list_add(&page->lru, &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
875 out:
876         zone->free_area[order].nr_free++;
877 }
878
879 /*
880  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
881  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
882  * check if necessary.
883  */
884 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
885                                         unsigned long check_flags)
886 {
887         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
888                 return false;
889
890         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
891                         page_ref_count(page) |
892 #ifdef CONFIG_MEMCG
893                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
894 #endif
895                         (page->flags & check_flags)))
896                 return false;
897
898         return true;
899 }
900
901 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
902 {
903         const char *bad_reason;
904         unsigned long bad_flags;
905
906         bad_reason = NULL;
907         bad_flags = 0;
908
909         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
910                 bad_reason = "nonzero mapcount";
911         if (unlikely(page->mapping != NULL))
912                 bad_reason = "non-NULL mapping";
913         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
914                 bad_reason = "nonzero _refcount";
915         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
916                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
917                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
918         }
919 #ifdef CONFIG_MEMCG
920         if (unlikely(page->mem_cgroup))
921                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
922 #endif
923         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
924 }
925
926 static inline int free_pages_check(struct page *page)
927 {
928         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
929                 return 0;
930
931         /* Something has gone sideways, find it */
932         free_pages_check_bad(page);
933         return 1;
934 }
935
936 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
937 {
938         int ret = 1;
939
940         /*
941          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
942          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
943          */
944         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
945
946         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
947                 ret = 0;
948                 goto out;
949         }
950         switch (page - head_page) {
951         case 1:
952                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
953                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
954                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
955                         goto out;
956                 }
957                 break;
958         case 2:
959                 /*
960                  * the second tail page: ->mapping is
961                  * deferred_list.next -- ignore value.
962                  */
963                 break;
964         default:
965                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
966                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
967                         goto out;
968                 }
969                 break;
970         }
971         if (unlikely(!PageTail(page))) {
972                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
973                 goto out;
974         }
975         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
976                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
977                 goto out;
978         }
979         ret = 0;
980 out:
981         page->mapping = NULL;
982         clear_compound_head(page);
983         return ret;
984 }
985
986 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
987                                         unsigned int order, bool check_free)
988 {
989         int bad = 0;
990
991         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
992
993         trace_mm_page_free(page, order);
994
995         /*
996          * Check tail pages before head page information is cleared to
997          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
998          */
999         if (unlikely(order)) {
1000                 bool compound = PageCompound(page);
1001                 int i;
1002
1003                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1004
1005                 if (compound)
1006                         ClearPageDoubleMap(page);
1007                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1008                         if (compound)
1009                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1010                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1011                                 bad++;
1012                                 continue;
1013                         }
1014                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1015                 }
1016         }
1017         if (PageMappingFlags(page))
1018                 page->mapping = NULL;
1019         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1020                 memcg_kmem_uncharge(page, order);
1021         if (check_free)
1022                 bad += free_pages_check(page);
1023         if (bad)
1024                 return false;
1025
1026         page_cpupid_reset_last(page);
1027         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1028         reset_page_owner(page, order);
1029
1030         if (!PageHighMem(page)) {
1031                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1032                                            PAGE_SIZE << order);
1033                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1034                                            PAGE_SIZE << order);
1035         }
1036         arch_free_page(page, order);
1037         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1038         kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1039         kasan_free_pages(page, order);
1040
1041         return true;
1042 }
1043
1044 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1045 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1046 {
1047         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1048 }
1049
1050 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1051 {
1052         return false;
1053 }
1054 #else
1055 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1056 {
1057         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1058 }
1059
1060 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1061 {
1062         return free_pages_check(page);
1063 }
1064 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1065
1066 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1067 {
1068         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1069         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1070         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1071
1072         prefetch(buddy);
1073 }
1074
1075 /*
1076  * Frees a number of pages from the PCP lists
1077  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1078  * count is the number of pages to free.
1079  *
1080  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1081  * see if this freeing clears that state.
1082  *
1083  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1084  * pinned" detection logic.
1085  */
1086 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1087                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1088 {
1089         int migratetype = 0;
1090         int batch_free = 0;
1091         int prefetch_nr = 0;
1092         bool isolated_pageblocks;
1093         struct page *page, *tmp;
1094         LIST_HEAD(head);
1095
1096         while (count) {
1097                 struct list_head *list;
1098
1099                 /*
1100                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1101                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1102                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1103                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1104                  * lists
1105                  */
1106                 do {
1107                         batch_free++;
1108                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1109                                 migratetype = 0;
1110                         list = &pcp->lists[migratetype];
1111                 } while (list_empty(list));
1112
1113                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1114                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1115                         batch_free = count;
1116
1117                 do {
1118                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1119                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1120                         list_del(&page->lru);
1121                         pcp->count--;
1122
1123                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1124                                 continue;
1125
1126                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1127
1128                         /*
1129                          * We are going to put the page back to the global
1130                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1131                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1132                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1133                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1134                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1135                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1136                          */
1137                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1138                                 prefetch_buddy(page);
1139                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1140         }
1141
1142         spin_lock(&zone->lock);
1143         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1144
1145         /*
1146          * Use safe version since after __free_one_page(),
1147          * page->lru.next will not point to original list.
1148          */
1149         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1150                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1151                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1152                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1153                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1154                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1155                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1156
1157                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1158                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1159         }
1160         spin_unlock(&zone->lock);
1161 }
1162
1163 static void free_one_page(struct zone *zone,
1164                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1165                                 unsigned int order,
1166                                 int migratetype)
1167 {
1168         spin_lock(&zone->lock);
1169         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1170                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1171                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1172         }
1173         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1174         spin_unlock(&zone->lock);
1175 }
1176
1177 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1178                                 unsigned long zone, int nid)
1179 {
1180         mm_zero_struct_page(page);
1181         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1182         init_page_count(page);
1183         page_mapcount_reset(page);
1184         page_cpupid_reset_last(page);
1185         page_kasan_tag_reset(page);
1186
1187         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1188 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1189         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1190         if (!is_highmem_idx(zone))
1191                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1192 #endif
1193 }
1194
1195 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1196 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1197 {
1198         pg_data_t *pgdat;
1199         int nid, zid;
1200
1201         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1202                 return;
1203
1204         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1205         pgdat = NODE_DATA(nid);
1206
1207         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1208                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1209
1210                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1211                         break;
1212         }
1213         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1214 }
1215 #else
1216 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1217 {
1218 }
1219 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1220
1221 /*
1222  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1223  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1224  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1225  * sent to the buddy page allocator.
1226  */
1227 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1228 {
1229         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1230         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1231
1232         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1233                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1234                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1235
1236                         init_reserved_page(start_pfn);
1237
1238                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1239                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1240
1241                         /*
1242                          * no need for atomic set_bit because the struct
1243                          * page is not visible yet so nobody should
1244                          * access it yet.
1245                          */
1246                         __SetPageReserved(page);
1247                 }
1248         }
1249 }
1250
1251 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1252 {
1253         unsigned long flags;
1254         int migratetype;
1255         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1256
1257         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1258                 return;
1259
1260         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1261         local_irq_save(flags);
1262         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1263         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1264         local_irq_restore(flags);
1265 }
1266
1267 static void __init __free_pages_boot_core(struct page *page, unsigned int order)
1268 {
1269         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1270         struct page *p = page;
1271         unsigned int loop;
1272
1273         prefetchw(p);
1274         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1275                 prefetchw(p + 1);
1276                 __ClearPageReserved(p);
1277                 set_page_count(p, 0);
1278         }
1279         __ClearPageReserved(p);
1280         set_page_count(p, 0);
1281
1282         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1283         set_page_refcounted(page);
1284         __free_pages(page, order);
1285 }
1286
1287 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1288         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1289
1290 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1291
1292 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1293 {
1294         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1295         int nid;
1296
1297         spin_lock(&early_pfn_lock);
1298         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1299         if (nid < 0)
1300                 nid = first_online_node;
1301         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1302
1303         return nid;
1304 }
1305 #endif
1306
1307 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1308 static inline bool __meminit __maybe_unused
1309 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1310                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1311 {
1312         int nid;
1313
1314         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, state);
1315         if (nid >= 0 && nid != node)
1316                 return false;
1317         return true;
1318 }
1319
1320 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1321 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1322 {
1323         return meminit_pfn_in_nid(pfn, node, &early_pfnnid_cache);
1324 }
1325
1326 #else
1327
1328 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1329 {
1330         return true;
1331 }
1332 static inline bool __meminit  __maybe_unused
1333 meminit_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node,
1334                    struct mminit_pfnnid_cache *state)
1335 {
1336         return true;
1337 }
1338 #endif
1339
1340
1341 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1342                                                         unsigned int order)
1343 {
1344         if (early_page_uninitialised(pfn))
1345                 return;
1346         return __free_pages_boot_core(page, order);
1347 }
1348
1349 /*
1350  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1351  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1352  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1353  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1354  * pageblocks.
1355  *
1356  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1357  *
1358  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1359  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1360  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1361  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1362  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1363  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1364  * page in a pageblock.
1365  */
1366 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1367                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1368 {
1369         struct page *start_page;
1370         struct page *end_page;
1371
1372         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1373         end_pfn--;
1374
1375         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1376                 return NULL;
1377
1378         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1379         if (!start_page)
1380                 return NULL;
1381
1382         if (page_zone(start_page) != zone)
1383                 return NULL;
1384
1385         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1386
1387         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1388         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1389                 return NULL;
1390
1391         return start_page;
1392 }
1393
1394 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1395 {
1396         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1397         unsigned long block_end_pfn;
1398
1399         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1400         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1401                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1402                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1403
1404                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1405
1406                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1407                                              block_end_pfn, zone))
1408                         return;
1409         }
1410
1411         /* We confirm that there is no hole */
1412         zone->contiguous = true;
1413 }
1414
1415 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1416 {
1417         zone->contiguous = false;
1418 }
1419
1420 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1421 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1422                                        unsigned long nr_pages)
1423 {
1424         struct page *page;
1425         unsigned long i;
1426
1427         if (!nr_pages)
1428                 return;
1429
1430         page = pfn_to_page(pfn);
1431
1432         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1433         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1434             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1435                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1436                 __free_pages_boot_core(page, pageblock_order);
1437                 return;
1438         }
1439
1440         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1441                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1442                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1443                 __free_pages_boot_core(page, 0);
1444         }
1445 }
1446
1447 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1448 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1449 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1450
1451 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1452 {
1453         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1454                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1455 }
1456
1457 /*
1458  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1459  *
1460  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1461  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1462  * function is optimized out.
1463  *
1464  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1465  * of the head pfn.
1466  *
1467  * Finally, meminit_pfn_in_nid is checked on systems where pfns can interleave
1468  * within a node: a pfn is between start and end of a node, but does not belong
1469  * to this memory node.
1470  */
1471 static inline bool __init
1472 deferred_pfn_valid(int nid, unsigned long pfn,
1473                    struct mminit_pfnnid_cache *nid_init_state)
1474 {
1475         if (!pfn_valid_within(pfn))
1476                 return false;
1477         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1478                 return false;
1479         if (!meminit_pfn_in_nid(pfn, nid, nid_init_state))
1480                 return false;
1481         return true;
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1486  * pageblock_nr_pages sizes.
1487  */
1488 static void __init deferred_free_pages(int nid, int zid, unsigned long pfn,
1489                                        unsigned long end_pfn)
1490 {
1491         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1492         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1493         unsigned long nr_free = 0;
1494
1495         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1496                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1497                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1498                         nr_free = 0;
1499                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1500                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1501                         nr_free = 1;
1502                         touch_nmi_watchdog();
1503                 } else {
1504                         nr_free++;
1505                 }
1506         }
1507         /* Free the last block of pages to allocator */
1508         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1513  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1514  * Return number of pages initialized.
1515  */
1516 static unsigned long  __init deferred_init_pages(int nid, int zid,
1517                                                  unsigned long pfn,
1518                                                  unsigned long end_pfn)
1519 {
1520         struct mminit_pfnnid_cache nid_init_state = { };
1521         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1522         unsigned long nr_pages = 0;
1523         struct page *page = NULL;
1524
1525         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1526                 if (!deferred_pfn_valid(nid, pfn, &nid_init_state)) {
1527                         page = NULL;
1528                         continue;
1529                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1530                         page = pfn_to_page(pfn);
1531                         touch_nmi_watchdog();
1532                 } else {
1533                         page++;
1534                 }
1535                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1536                 nr_pages++;
1537         }
1538         return (nr_pages);
1539 }
1540
1541 /* Initialise remaining memory on a node */
1542 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1543 {
1544         pg_data_t *pgdat = data;
1545         int nid = pgdat->node_id;
1546         unsigned long start = jiffies;
1547         unsigned long nr_pages = 0;
1548         unsigned long spfn, epfn, first_init_pfn, flags;
1549         phys_addr_t spa, epa;
1550         int zid;
1551         struct zone *zone;
1552         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1553         u64 i;
1554
1555         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1556         if (!cpumask_empty(cpumask))
1557                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1558
1559         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1560         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1561         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1562                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1563                 pgdat_init_report_one_done();
1564                 return 0;
1565         }
1566
1567         /* Sanity check boundaries */
1568         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1569         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1570         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1571
1572         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1573         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1574                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1575                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1576                         break;
1577         }
1578         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_init_pfn);
1579
1580         /*
1581          * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1582          * struct page, than free to buddy allocator, because while we are
1583          * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1584          * page in __free_one_page()).
1585          */
1586         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1587                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1588                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1589                 nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1590         }
1591         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1592                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1593                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1594                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1595         }
1596         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1597
1598         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1599         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1600
1601         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n", nid, nr_pages,
1602                                         jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1603
1604         pgdat_init_report_one_done();
1605         return 0;
1606 }
1607
1608 /*
1609  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
1610  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
1611  * and we can permanently disable that path.
1612  */
1613 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
1614
1615 /*
1616  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1617  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1618  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1619  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1620  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1621  *
1622  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1623  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1624  * enough pages to satisfy the allocation.
1625  *
1626  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1627  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1628  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1629  */
1630 static noinline bool __init
1631 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1632 {
1633         int zid = zone_idx(zone);
1634         int nid = zone_to_nid(zone);
1635         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
1636         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1637         unsigned long nr_pages = 0;
1638         unsigned long first_init_pfn, spfn, epfn, t, flags;
1639         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1640         phys_addr_t spa, epa;
1641         u64 i;
1642
1643         /* Only the last zone may have deferred pages */
1644         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1645                 return false;
1646
1647         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1648
1649         /*
1650          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1651          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1652          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1653          * has this static branch.
1654          */
1655         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1656                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1657                 return true;
1658         }
1659
1660         /*
1661          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1662          * true, as there might be enough pages already.
1663          */
1664         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1665                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1666                 return true;
1667         }
1668
1669         first_init_pfn = max(zone->zone_start_pfn, first_deferred_pfn);
1670
1671         if (first_init_pfn >= pgdat_end_pfn(pgdat)) {
1672                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1673                 return false;
1674         }
1675
1676         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1677                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1678                 epfn = min_t(unsigned long, zone_end_pfn(zone), PFN_DOWN(epa));
1679
1680                 while (spfn < epfn && nr_pages < nr_pages_needed) {
1681                         t = ALIGN(spfn + PAGES_PER_SECTION, PAGES_PER_SECTION);
1682                         first_deferred_pfn = min(t, epfn);
1683                         nr_pages += deferred_init_pages(nid, zid, spfn,
1684                                                         first_deferred_pfn);
1685                         spfn = first_deferred_pfn;
1686                 }
1687
1688                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1689                         break;
1690         }
1691
1692         for_each_free_mem_range(i, nid, MEMBLOCK_NONE, &spa, &epa, NULL) {
1693                 spfn = max_t(unsigned long, first_init_pfn, PFN_UP(spa));
1694                 epfn = min_t(unsigned long, first_deferred_pfn, PFN_DOWN(epa));
1695                 deferred_free_pages(nid, zid, spfn, epfn);
1696
1697                 if (first_deferred_pfn == epfn)
1698                         break;
1699         }
1700         pgdat->first_deferred_pfn = first_deferred_pfn;
1701         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1702
1703         return nr_pages > 0;
1704 }
1705
1706 /*
1707  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1708  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1709  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1710  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1711  */
1712 static bool __ref
1713 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1714 {
1715         return deferred_grow_zone(zone, order);
1716 }
1717
1718 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1719
1720 void __init page_alloc_init_late(void)
1721 {
1722         struct zone *zone;
1723
1724 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1725         int nid;
1726
1727         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1728         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1729         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1730                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1731         }
1732
1733         /* Block until all are initialised */
1734         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1735
1736         /*
1737          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1738          * on-demand struct page initialization.
1739          */
1740         static_branch_disable(&deferred_pages);
1741
1742         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1743         files_maxfiles_init();
1744 #endif
1745 #ifdef CONFIG_ARCH_DISCARD_MEMBLOCK
1746         /* Discard memblock private memory */
1747         memblock_discard();
1748 #endif
1749
1750         for_each_populated_zone(zone)
1751                 set_zone_contiguous(zone);
1752 }
1753
1754 #ifdef CONFIG_CMA
1755 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1756 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1757 {
1758         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1759         struct page *p = page;
1760
1761         do {
1762                 __ClearPageReserved(p);
1763                 set_page_count(p, 0);
1764         } while (++p, --i);
1765
1766         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1767
1768         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1769                 i = pageblock_nr_pages;
1770                 p = page;
1771                 do {
1772                         set_page_refcounted(p);
1773                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1774                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1775                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1776         } else {
1777                 set_page_refcounted(page);
1778                 __free_pages(page, pageblock_order);
1779         }
1780
1781         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1782 }
1783 #endif
1784
1785 /*
1786  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1787  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1788  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1789  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1790  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1791  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1792  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1793  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1794  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1795  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1796  *
1797  * -- nyc
1798  */
1799 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1800         int low, int high, struct free_area *area,
1801         int migratetype)
1802 {
1803         unsigned long size = 1 << high;
1804
1805         while (high > low) {
1806                 area--;
1807                 high--;
1808                 size >>= 1;
1809                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1810
1811                 /*
1812                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1813                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1814                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1815                  * pages will stay not present in virtual address space
1816                  */
1817                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1818                         continue;
1819
1820                 list_add(&page[size].lru, &area->free_list[migratetype]);
1821                 area->nr_free++;
1822                 set_page_order(&page[size], high);
1823         }
1824 }
1825
1826 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1827 {
1828         const char *bad_reason = NULL;
1829         unsigned long bad_flags = 0;
1830
1831         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1832                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1833         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1834                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1835         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1836                 bad_reason = "nonzero _count";
1837         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1838                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1839                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1840                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1841                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1842                 return;
1843         }
1844         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1845                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1846                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1847         }
1848 #ifdef CONFIG_MEMCG
1849         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1850                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1851 #endif
1852         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1853 }
1854
1855 /*
1856  * This page is about to be returned from the page allocator
1857  */
1858 static inline int check_new_page(struct page *page)
1859 {
1860         if (likely(page_expected_state(page,
1861                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1862                 return 0;
1863
1864         check_new_page_bad(page);
1865         return 1;
1866 }
1867
1868 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
1869 {
1870         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
1871                 page_poisoning_enabled();
1872 }
1873
1874 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1875 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1876 {
1877         return false;
1878 }
1879
1880 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1881 {
1882         return check_new_page(page);
1883 }
1884 #else
1885 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
1886 {
1887         return check_new_page(page);
1888 }
1889 static bool check_new_pcp(struct page *page)
1890 {
1891         return false;
1892 }
1893 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1894
1895 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1896 {
1897         int i;
1898         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
1899                 struct page *p = page + i;
1900
1901                 if (unlikely(check_new_page(p)))
1902                         return true;
1903         }
1904
1905         return false;
1906 }
1907
1908 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1909                                 gfp_t gfp_flags)
1910 {
1911         set_page_private(page, 0);
1912         set_page_refcounted(page);
1913
1914         arch_alloc_page(page, order);
1915         kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
1916         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
1917         kasan_alloc_pages(page, order);
1918         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1919 }
1920
1921 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1922                                                         unsigned int alloc_flags)
1923 {
1924         int i;
1925
1926         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1927
1928         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
1929                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
1930                         clear_highpage(page + i);
1931
1932         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1933                 prep_compound_page(page, order);
1934
1935         /*
1936          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1937          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1938          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1939          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1940          */
1941         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1942                 set_page_pfmemalloc(page);
1943         else
1944                 clear_page_pfmemalloc(page);
1945 }
1946
1947 /*
1948  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1949  * the smallest available page from the freelists
1950  */
1951 static __always_inline
1952 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1953                                                 int migratetype)
1954 {
1955         unsigned int current_order;
1956         struct free_area *area;
1957         struct page *page;
1958
1959         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1960         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
1961                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1962                 page = list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
1963                                                         struct page, lru);
1964                 if (!page)
1965                         continue;
1966                 list_del(&page->lru);
1967                 rmv_page_order(page);
1968                 area->nr_free--;
1969                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
1970                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1971                 return page;
1972         }
1973
1974         return NULL;
1975 }
1976
1977
1978 /*
1979  * This array describes the order lists are fallen back to when
1980  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1981  */
1982 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
1983         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1984         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
1985         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
1986 #ifdef CONFIG_CMA
1987         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1988 #endif
1989 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1990         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
1991 #endif
1992 };
1993
1994 #ifdef CONFIG_CMA
1995 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1996                                         unsigned int order)
1997 {
1998         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1999 }
2000 #else
2001 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2002                                         unsigned int order) { return NULL; }
2003 #endif
2004
2005 /*
2006  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2007  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2008  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2009  */
2010 static int move_freepages(struct zone *zone,
2011                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2012                           int migratetype, int *num_movable)
2013 {
2014         struct page *page;
2015         unsigned int order;
2016         int pages_moved = 0;
2017
2018 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2019         /*
2020          * page_zone is not safe to call in this context when
2021          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2022          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2023          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2024          * grouping pages by mobility
2025          */
2026         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2027                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2028                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2029 #endif
2030         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2031                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2032                         page++;
2033                         continue;
2034                 }
2035
2036                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2037                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2038
2039                 if (!PageBuddy(page)) {
2040                         /*
2041                          * We assume that pages that could be isolated for
2042                          * migration are movable. But we don't actually try
2043                          * isolating, as that would be expensive.
2044                          */
2045                         if (num_movable &&
2046                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2047                                 (*num_movable)++;
2048
2049                         page++;
2050                         continue;
2051                 }
2052
2053                 order = page_order(page);
2054                 list_move(&page->lru,
2055                           &zone->free_area[order].free_list[migratetype]);
2056                 page += 1 << order;
2057                 pages_moved += 1 << order;
2058         }
2059
2060         return pages_moved;
2061 }
2062
2063 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2064                                 int migratetype, int *num_movable)
2065 {
2066         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2067         struct page *start_page, *end_page;
2068
2069         if (num_movable)
2070                 *num_movable = 0;
2071
2072         start_pfn = page_to_pfn(page);
2073         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2074         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2075         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2076         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2077
2078         /* Do not cross zone boundaries */
2079         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2080                 start_page = page;
2081         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2082                 return 0;
2083
2084         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2085                                                                 num_movable);
2086 }
2087
2088 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2089                                         int start_order, int migratetype)
2090 {
2091         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2092
2093         while (nr_pageblocks--) {
2094                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2095                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2096         }
2097 }
2098
2099 /*
2100  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2101  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2102  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2103  *
2104  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2105  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2106  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2107  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2108  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2109  * pageblocks.
2110  */
2111 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2112 {
2113         /*
2114          * Leaving this order check is intended, although there is
2115          * relaxed order check in next check. The reason is that
2116          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2117          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2118          * so could be changed anytime.
2119          */
2120         if (order >= pageblock_order)
2121                 return true;
2122
2123         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2124                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2125                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2126                 page_group_by_mobility_disabled)
2127                 return true;
2128
2129         return false;
2130 }
2131
2132 /*
2133  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2134  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2135  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2136  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2137  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2138  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2139  */
2140 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2141                                         int start_type, bool whole_block)
2142 {
2143         unsigned int current_order = page_order(page);
2144         struct free_area *area;
2145         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2146         int old_block_type;
2147
2148         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2149
2150         /*
2151          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2152          * highatomic accounting.
2153          */
2154         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2155                 goto single_page;
2156
2157         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2158         if (current_order >= pageblock_order) {
2159                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2160                 goto single_page;
2161         }
2162
2163         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2164         if (!whole_block)
2165                 goto single_page;
2166
2167         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2168                                                 &movable_pages);
2169         /*
2170          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2171          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2172          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2173          */
2174         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2175                 alike_pages = movable_pages;
2176         } else {
2177                 /*
2178                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2179                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2180                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2181                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2182                  * exact migratetype of non-movable pages.
2183                  */
2184                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2185                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2186                                                 - (free_pages + movable_pages);
2187                 else
2188                         alike_pages = 0;
2189         }
2190
2191         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2192         if (!free_pages)
2193                 goto single_page;
2194
2195         /*
2196          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2197          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2198          */
2199         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2200                         page_group_by_mobility_disabled)
2201                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2202
2203         return;
2204
2205 single_page:
2206         area = &zone->free_area[current_order];
2207         list_move(&page->lru, &area->free_list[start_type]);
2208 }
2209
2210 /*
2211  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2212  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2213  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2214  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2215  */
2216 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2217                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2218 {
2219         int i;
2220         int fallback_mt;
2221
2222         if (area->nr_free == 0)
2223                 return -1;
2224
2225         *can_steal = false;
2226         for (i = 0;; i++) {
2227                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2228                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2229                         break;
2230
2231                 if (list_empty(&area->free_list[fallback_mt]))
2232                         continue;
2233
2234                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2235                         *can_steal = true;
2236
2237                 if (!only_stealable)
2238                         return fallback_mt;
2239
2240                 if (*can_steal)
2241                         return fallback_mt;
2242         }
2243
2244         return -1;
2245 }
2246
2247 /*
2248  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2249  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2250  */
2251 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2252                                 unsigned int alloc_order)
2253 {
2254         int mt;
2255         unsigned long max_managed, flags;
2256
2257         /*
2258          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2259          * Check is race-prone but harmless.
2260          */
2261         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2262         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2263                 return;
2264
2265         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2266
2267         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2268         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2269                 goto out_unlock;
2270
2271         /* Yoink! */
2272         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2273         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2274             && !is_migrate_cma(mt)) {
2275                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2276                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2277                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2278         }
2279
2280 out_unlock:
2281         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2282 }
2283
2284 /*
2285  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2286  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2287  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2288  * to recover from than an OOM.
2289  *
2290  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2291  * pageblock is exhausted.
2292  */
2293 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2294                                                 bool force)
2295 {
2296         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2297         unsigned long flags;
2298         struct zoneref *z;
2299         struct zone *zone;
2300         struct page *page;
2301         int order;
2302         bool ret;
2303
2304         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2305                                                                 ac->nodemask) {
2306                 /*
2307                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2308                  * is really high.
2309                  */
2310                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2311                                         pageblock_nr_pages)
2312                         continue;
2313
2314                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2315                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2316                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2317
2318                         page = list_first_entry_or_null(
2319                                         &area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC],
2320                                         struct page, lru);
2321                         if (!page)
2322                                 continue;
2323
2324                         /*
2325                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2326                          * we can counter several free pages in a pageblock
2327                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2328                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2329                          * adjust the count once.
2330                          */
2331                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2332                                 /*
2333                                  * It should never happen but changes to
2334                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2335                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2336                                  * while unreserving so be safe and watch for
2337                                  * underflows.
2338                                  */
2339                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2340                                                 pageblock_nr_pages,
2341                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2342                         }
2343
2344                         /*
2345                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2346                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2347                          * is doing the work and needs the pages. More
2348                          * importantly, if the block was always converted to
2349                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2350                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2351                          * may increase.
2352                          */
2353                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2354                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2355                                                                         NULL);
2356                         if (ret) {
2357                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2358                                 return ret;
2359                         }
2360                 }
2361                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2362         }
2363
2364         return false;
2365 }
2366
2367 /*
2368  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2369  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2370  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2371  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2372  *
2373  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2374  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2375  * condition simpler.
2376  */
2377 static __always_inline bool
2378 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2379 {
2380         struct free_area *area;
2381         int current_order;
2382         struct page *page;
2383         int fallback_mt;
2384         bool can_steal;
2385
2386         /*
2387          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2388          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2389          * would be too costly to do exactly.
2390          */
2391         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= order;
2392                                 --current_order) {
2393                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2394                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2395                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2396                 if (fallback_mt == -1)
2397                         continue;
2398
2399                 /*
2400                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2401                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2402                  * steal and split the smallest available page instead of the
2403                  * largest available page, because even if the next movable
2404                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2405                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2406                  */
2407                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2408                                         && current_order > order)
2409                         goto find_smallest;
2410
2411                 goto do_steal;
2412         }
2413
2414         return false;
2415
2416 find_smallest:
2417         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2418                                                         current_order++) {
2419                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2420                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2421                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2422                 if (fallback_mt != -1)
2423                         break;
2424         }
2425
2426         /*
2427          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2428          * when looking for the largest page.
2429          */
2430         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2431
2432 do_steal:
2433         page = list_first_entry(&area->free_list[fallback_mt],
2434                                                         struct page, lru);
2435
2436         steal_suitable_fallback(zone, page, start_migratetype, can_steal);
2437
2438         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2439                 start_migratetype, fallback_mt);
2440
2441         return true;
2442
2443 }
2444
2445 /*
2446  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2447  * Call me with the zone->lock already held.
2448  */
2449 static __always_inline struct page *
2450 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype)
2451 {
2452         struct page *page;
2453
2454 retry:
2455         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2456         if (unlikely(!page)) {
2457                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2458                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2459
2460                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype))
2461                         goto retry;
2462         }
2463
2464         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2465         return page;
2466 }
2467
2468 /*
2469  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2470  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2471  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2472  */
2473 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2474                         unsigned long count, struct list_head *list,
2475                         int migratetype)
2476 {
2477         int i, alloced = 0;
2478
2479         spin_lock(&zone->lock);
2480         for (i = 0; i < count; ++i) {
2481                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
2482                 if (unlikely(page == NULL))
2483                         break;
2484
2485                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2486                         continue;
2487
2488                 /*
2489                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2490                  * physical page order. The page is added to the tail of
2491                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2492                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2493                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2494                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2495                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2496                  * pages are ordered properly.
2497                  */
2498                 list_add_tail(&page->lru, list);
2499                 alloced++;
2500                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2501                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2502                                               -(1 << order));
2503         }
2504
2505         /*
2506          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2507          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2508          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2509          * pages added to the pcp list.
2510          */
2511         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2512         spin_unlock(&zone->lock);
2513         return alloced;
2514 }
2515
2516 #ifdef CONFIG_NUMA
2517 /*
2518  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2519  * currently executing processor on remote nodes after they have
2520  * expired.
2521  *
2522  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2523  * a single processor.
2524  */
2525 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2526 {
2527         unsigned long flags;
2528         int to_drain, batch;
2529
2530         local_irq_save(flags);
2531         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2532         to_drain = min(pcp->count, batch);
2533         if (to_drain > 0)
2534                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2535         local_irq_restore(flags);
2536 }
2537 #endif
2538
2539 /*
2540  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2541  *
2542  * The processor must either be the current processor and the
2543  * thread pinned to the current processor or a processor that
2544  * is not online.
2545  */
2546 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2547 {
2548         unsigned long flags;
2549         struct per_cpu_pageset *pset;
2550         struct per_cpu_pages *pcp;
2551
2552         local_irq_save(flags);
2553         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2554
2555         pcp = &pset->pcp;
2556         if (pcp->count)
2557                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2558         local_irq_restore(flags);
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2563  *
2564  * The processor must either be the current processor and the
2565  * thread pinned to the current processor or a processor that
2566  * is not online.
2567  */
2568 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2569 {
2570         struct zone *zone;
2571
2572         for_each_populated_zone(zone) {
2573                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2574         }
2575 }
2576
2577 /*
2578  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2579  *
2580  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2581  * the single zone's pages.
2582  */
2583 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2584 {
2585         int cpu = smp_processor_id();
2586
2587         if (zone)
2588                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2589         else
2590                 drain_pages(cpu);
2591 }
2592
2593 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2594 {
2595         /*
2596          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2597          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2598          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2599          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2600          * a different one.
2601          */
2602         preempt_disable();
2603         drain_local_pages(NULL);
2604         preempt_enable();
2605 }
2606
2607 /*
2608  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2609  *
2610  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2611  *
2612  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2613  */
2614 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2615 {
2616         int cpu;
2617
2618         /*
2619          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2620          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2621          */
2622         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2623
2624         /*
2625          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2626          * initialized.
2627          */
2628         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2629                 return;
2630
2631         /*
2632          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2633          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2634          * the drain to be complete when the call returns.
2635          */
2636         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2637                 if (!zone)
2638                         return;
2639                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2640         }
2641
2642         /*
2643          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2644          * as offline notification will cause the notified
2645          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2646          * disables preemption as part of its processing
2647          */
2648         for_each_online_cpu(cpu) {
2649                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2650                 struct zone *z;
2651                 bool has_pcps = false;
2652
2653                 if (zone) {
2654                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2655                         if (pcp->pcp.count)
2656                                 has_pcps = true;
2657                 } else {
2658                         for_each_populated_zone(z) {
2659                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2660                                 if (pcp->pcp.count) {
2661                                         has_pcps = true;
2662                                         break;
2663                                 }
2664                         }
2665                 }
2666
2667                 if (has_pcps)
2668                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2669                 else
2670                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2671         }
2672
2673         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2674                 struct work_struct *work = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2675                 INIT_WORK(work, drain_local_pages_wq);
2676                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, work);
2677         }
2678         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2679                 flush_work(per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu));
2680
2681         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2682 }
2683
2684 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2685
2686 /*
2687  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2688  */
2689 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2690
2691 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2692 {
2693         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2694         unsigned long flags;
2695         unsigned int order, t;
2696         struct page *page;
2697
2698         if (zone_is_empty(zone))
2699                 return;
2700
2701         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2702
2703         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2704         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2705                 if (pfn_valid(pfn)) {
2706                         page = pfn_to_page(pfn);
2707
2708                         if (!--page_count) {
2709                                 touch_nmi_watchdog();
2710                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2711                         }
2712
2713                         if (page_zone(page) != zone)
2714                                 continue;
2715
2716                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2717                                 swsusp_unset_page_free(page);
2718                 }
2719
2720         for_each_migratetype_order(order, t) {
2721                 list_for_each_entry(page,
2722                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2723                         unsigned long i;
2724
2725                         pfn = page_to_pfn(page);
2726                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2727                                 if (!--page_count) {
2728                                         touch_nmi_watchdog();
2729                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2730                                 }
2731                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2732                         }
2733                 }
2734         }
2735         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2736 }
2737 #endif /* CONFIG_PM */
2738
2739 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2740 {
2741         int migratetype;
2742
2743         if (!free_pcp_prepare(page))
2744                 return false;
2745
2746         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2747         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2748         return true;
2749 }
2750
2751 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2752 {
2753         struct zone *zone = page_zone(page);
2754         struct per_cpu_pages *pcp;
2755         int migratetype;
2756
2757         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2758         __count_vm_event(PGFREE);
2759
2760         /*
2761          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2762          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2763          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2764          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2765          * excessively into the page allocator
2766          */
2767         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2768                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2769                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2770                         return;
2771                 }
2772                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2773         }
2774
2775         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2776         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2777         pcp->count++;
2778         if (pcp->count >= pcp->high) {
2779                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2780                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2781         }
2782 }
2783
2784 /*
2785  * Free a 0-order page
2786  */
2787 void free_unref_page(struct page *page)
2788 {
2789         unsigned long flags;
2790         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2791
2792         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2793                 return;
2794
2795         local_irq_save(flags);
2796         free_unref_page_commit(page, pfn);
2797         local_irq_restore(flags);
2798 }
2799
2800 /*
2801  * Free a list of 0-order pages
2802  */
2803 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2804 {
2805         struct page *page, *next;
2806         unsigned long flags, pfn;
2807         int batch_count = 0;
2808
2809         /* Prepare pages for freeing */
2810         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2811                 pfn = page_to_pfn(page);
2812                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2813                         list_del(&page->lru);
2814                 set_page_private(page, pfn);
2815         }
2816
2817         local_irq_save(flags);
2818         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2819                 unsigned long pfn = page_private(page);
2820
2821                 set_page_private(page, 0);
2822                 trace_mm_page_free_batched(page);
2823                 free_unref_page_commit(page, pfn);
2824
2825                 /*
2826                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
2827                  * a large list of pages to free.
2828                  */
2829                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2830                         local_irq_restore(flags);
2831                         batch_count = 0;
2832                         local_irq_save(flags);
2833                 }
2834         }
2835         local_irq_restore(flags);
2836 }
2837
2838 /*
2839  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2840  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2841  * Each sub-page must be freed individually.
2842  *
2843  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2844  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2845  */
2846 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2847 {
2848         int i;
2849
2850         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2851         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2852
2853         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2854                 set_page_refcounted(page + i);
2855         split_page_owner(page, order);
2856 }
2857 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2858
2859 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2860 {
2861         unsigned long watermark;
2862         struct zone *zone;
2863         int mt;
2864
2865         BUG_ON(!PageBuddy(page));
2866
2867         zone = page_zone(page);
2868         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2869
2870         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2871                 /*
2872                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2873                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2874                  * watermark, because we already know our high-order page
2875                  * exists.
2876                  */
2877                 watermark = min_wmark_pages(zone) + (1UL << order);
2878                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2879                         return 0;
2880
2881                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2882         }
2883
2884         /* Remove page from free list */
2885         list_del(&page->lru);
2886         zone->free_area[order].nr_free--;
2887         rmv_page_order(page);
2888
2889         /*
2890          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2891          * pageblock
2892          */
2893         if (order >= pageblock_order - 1) {
2894                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2895                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2896                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2897                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
2898                             && !is_migrate_highatomic(mt))
2899                                 set_pageblock_migratetype(page,
2900                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2901                 }
2902         }
2903
2904
2905         return 1UL << order;
2906 }
2907
2908 /*
2909  * Update NUMA hit/miss statistics
2910  *
2911  * Must be called with interrupts disabled.
2912  */
2913 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
2914 {
2915 #ifdef CONFIG_NUMA
2916         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2917
2918         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2919         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2920                 return;
2921
2922         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2923                 local_stat = NUMA_OTHER;
2924
2925         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2926                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
2927         else {
2928                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
2929                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
2930         }
2931         __inc_numa_state(z, local_stat);
2932 #endif
2933 }
2934
2935 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2936 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
2937                         struct per_cpu_pages *pcp,
2938                         struct list_head *list)
2939 {
2940         struct page *page;
2941
2942         do {
2943                 if (list_empty(list)) {
2944                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
2945                                         pcp->batch, list,
2946                                         migratetype);
2947                         if (unlikely(list_empty(list)))
2948                                 return NULL;
2949                 }
2950
2951                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
2952                 list_del(&page->lru);
2953                 pcp->count--;
2954         } while (check_new_pcp(page));
2955
2956         return page;
2957 }
2958
2959 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2960 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2961                         struct zone *zone, unsigned int order,
2962                         gfp_t gfp_flags, int migratetype)
2963 {
2964         struct per_cpu_pages *pcp;
2965         struct list_head *list;
2966         struct page *page;
2967         unsigned long flags;
2968
2969         local_irq_save(flags);
2970         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2971         list = &pcp->lists[migratetype];
2972         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, pcp, list);
2973         if (page) {
2974                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2975                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
2976         }
2977         local_irq_restore(flags);
2978         return page;
2979 }
2980
2981 /*
2982  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
2983  */
2984 static inline
2985 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2986                         struct zone *zone, unsigned int order,
2987                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2988                         int migratetype)
2989 {
2990         unsigned long flags;
2991         struct page *page;
2992
2993         if (likely(order == 0)) {
2994                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2995                                 gfp_flags, migratetype);
2996                 goto out;
2997         }
2998
2999         /*
3000          * We most definitely don't want callers attempting to
3001          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3002          */
3003         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3004         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3005
3006         do {
3007                 page = NULL;
3008                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3009                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3010                         if (page)
3011                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3012                 }
3013                 if (!page)
3014                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype);
3015         } while (page && check_new_pages(page, order));
3016         spin_unlock(&zone->lock);
3017         if (!page)
3018                 goto failed;
3019         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3020                                   get_pcppage_migratetype(page));
3021
3022         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3023         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3024         local_irq_restore(flags);
3025
3026 out:
3027         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3028         return page;
3029
3030 failed:
3031         local_irq_restore(flags);
3032         return NULL;
3033 }
3034
3035 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3036
3037 static struct {
3038         struct fault_attr attr;
3039
3040         bool ignore_gfp_highmem;
3041         bool ignore_gfp_reclaim;
3042         u32 min_order;
3043 } fail_page_alloc = {
3044         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3045         .ignore_gfp_reclaim = true,
3046         .ignore_gfp_highmem = true,
3047         .min_order = 1,
3048 };
3049
3050 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3051 {
3052         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3053 }
3054 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3055
3056 static bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3057 {
3058         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3059                 return false;
3060         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3061                 return false;
3062         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3063                 return false;
3064         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3065                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3066                 return false;
3067
3068         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3069 }
3070
3071 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3072
3073 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3074 {
3075         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3076         struct dentry *dir;
3077
3078         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3079                                         &fail_page_alloc.attr);
3080         if (IS_ERR(dir))
3081                 return PTR_ERR(dir);
3082
3083         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3084                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim))
3085                 goto fail;
3086         if (!debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3087                                 &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem))
3088                 goto fail;
3089         if (!debugfs_create_u32("min-order", mode, dir,
3090                                 &fail_page_alloc.min_order))
3091                 goto fail;
3092
3093         return 0;
3094 fail:
3095         debugfs_remove_recursive(dir);
3096
3097         return -ENOMEM;
3098 }
3099
3100 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3101
3102 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3103
3104 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3105
3106 static inline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3107 {
3108         return false;
3109 }
3110
3111 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3112
3113 /*
3114  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3115  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3116  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3117  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3118  */
3119 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3120                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3121                          long free_pages)
3122 {
3123         long min = mark;
3124         int o;
3125         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3126
3127         /* free_pages may go negative - that's OK */
3128         free_pages -= (1 << order) - 1;
3129
3130         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3131                 min -= min / 2;
3132
3133         /*
3134          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3135          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3136          * atomic reserve but it avoids a search.
3137          */
3138         if (likely(!alloc_harder)) {
3139                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3140         } else {
3141                 /*
3142                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3143                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3144                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3145                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3146                  */
3147                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3148                         min -= min / 2;
3149                 else
3150                         min -= min / 4;
3151         }
3152
3153
3154 #ifdef CONFIG_CMA
3155         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3156         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3157                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3158 #endif
3159
3160         /*
3161          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3162          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3163          * even if a suitable page happened to be free.
3164          */
3165         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3166                 return false;
3167
3168         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3169         if (!order)
3170                 return true;
3171
3172         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3173         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3174                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3175                 int mt;
3176
3177                 if (!area->nr_free)
3178                         continue;
3179
3180                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3181                         if (!list_empty(&area->free_list[mt]))
3182                                 return true;
3183                 }
3184
3185 #ifdef CONFIG_CMA
3186                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3187                     !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_CMA])) {
3188                         return true;
3189                 }
3190 #endif
3191                 if (alloc_harder &&
3192                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3193                         return true;
3194         }
3195         return false;
3196 }
3197
3198 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3199                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3200 {
3201         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3202                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3203 }
3204
3205 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3206                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3207 {
3208         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3209         long cma_pages = 0;
3210
3211 #ifdef CONFIG_CMA
3212         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3213         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3214                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3215 #endif
3216
3217         /*
3218          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3219          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3220          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3221          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3222          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3223          */
3224         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3225                 return true;
3226
3227         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3228                                         free_pages);
3229 }
3230
3231 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3232                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3233 {
3234         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3235
3236         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3237                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3238
3239         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3240                                                                 free_pages);
3241 }
3242
3243 #ifdef CONFIG_NUMA
3244 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3245 {
3246         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3247                                 RECLAIM_DISTANCE;
3248 }
3249 #else   /* CONFIG_NUMA */
3250 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3251 {
3252         return true;
3253 }
3254 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3255
3256 /*
3257  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3258  * a page.
3259  */
3260 static struct page *
3261 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3262                                                 const struct alloc_context *ac)
3263 {
3264         struct zoneref *z = ac->preferred_zoneref;
3265         struct zone *zone;
3266         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3267
3268         /*
3269          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3270          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3271          */
3272         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3273                                                                 ac->nodemask) {
3274                 struct page *page;
3275                 unsigned long mark;
3276
3277                 if (cpusets_enabled() &&
3278                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3279                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3280                                 continue;
3281                 /*
3282                  * When allocating a page cache page for writing, we
3283                  * want to get it from a node that is within its dirty
3284                  * limit, such that no single node holds more than its
3285                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3286                  * The dirty limits take into account the node's
3287                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3288                  * should be able to balance it without having to
3289                  * write pages from its LRU list.
3290                  *
3291                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3292                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3293                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3294                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3295                  * nodes are together not big enough to reach the
3296                  * global limit.  The proper fix for these situations
3297                  * will require awareness of nodes in the
3298                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3299                  */
3300                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3301                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3302                                 continue;
3303
3304                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3305                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3306                                 continue;
3307                         }
3308                 }
3309
3310                 mark = zone->watermark[alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK];
3311                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3312                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3313                         int ret;
3314
3315 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3316                         /*
3317                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3318                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3319                          */
3320                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3321                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3322                                         goto try_this_zone;
3323                         }
3324 #endif
3325                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3326                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3327                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3328                                 goto try_this_zone;
3329
3330                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3331                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3332                                 continue;
3333
3334                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3335                         switch (ret) {
3336                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3337                                 /* did not scan */
3338                                 continue;
3339                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3340                                 /* scanned but unreclaimable */
3341                                 continue;
3342                         default:
3343                                 /* did we reclaim enough */
3344                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3345                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3346                                         goto try_this_zone;
3347
3348                                 continue;
3349                         }
3350                 }
3351
3352 try_this_zone:
3353                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3354                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3355                 if (page) {
3356                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3357
3358                         /*
3359                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3360                          * if the pageblock should be reserved for the future
3361                          */
3362                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3363                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3364
3365                         return page;
3366                 } else {
3367 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3368                         /* Try again if zone has deferred pages */
3369                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3370                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3371                                         goto try_this_zone;
3372                         }
3373 #endif
3374                 }
3375         }
3376
3377         return NULL;
3378 }
3379
3380 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3381 {
3382         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3383         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3384
3385         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3386                 return;
3387
3388         /*
3389          * This documents exceptions given to allocations in certain
3390          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3391          * of allowed nodes.
3392          */
3393         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3394                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3395                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3396                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3397         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3398                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3399
3400         show_mem(filter, nodemask);
3401 }
3402
3403 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3404 {
3405         struct va_format vaf;
3406         va_list args;
3407         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3408                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3409
3410         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3411                 return;
3412
3413         va_start(args, fmt);
3414         vaf.fmt = fmt;
3415         vaf.va = &args;
3416         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl\n",
3417                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3418                         nodemask_pr_args(nodemask));
3419         va_end(args);
3420
3421         cpuset_print_current_mems_allowed();
3422
3423         dump_stack();
3424         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3425 }
3426
3427 static inline struct page *
3428 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3429                               unsigned int alloc_flags,
3430                               const struct alloc_context *ac)
3431 {
3432         struct page *page;
3433
3434         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3435                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3436         /*
3437          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3438          * are depleted
3439          */
3440         if (!page)
3441                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3442                                 alloc_flags, ac);
3443
3444         return page;
3445 }
3446
3447 static inline struct page *
3448 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3449         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3450 {
3451         struct oom_control oc = {
3452                 .zonelist = ac->zonelist,
3453                 .nodemask = ac->nodemask,
3454                 .memcg = NULL,
3455                 .gfp_mask = gfp_mask,
3456                 .order = order,
3457         };
3458         struct page *page;
3459
3460         *did_some_progress = 0;
3461
3462         /*
3463          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3464          * making progress for us.
3465          */
3466         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3467                 *did_some_progress = 1;
3468                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3469                 return NULL;
3470         }
3471
3472         /*
3473          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3474          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3475          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3476          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3477          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3478          */
3479         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3480                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3481                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3482         if (page)
3483                 goto out;
3484
3485         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3486         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3487                 goto out;
3488         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3489         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3490                 goto out;
3491         /*
3492          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3493          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3494          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3495          * fallback than shooting a random task.
3496          */
3497         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3498                 goto out;
3499         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3500         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3501                 goto out;
3502         if (pm_suspended_storage())
3503                 goto out;
3504         /*
3505          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3506          * other request to make a forward progress.
3507          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3508          * do much for this context but let's try it to at least get
3509          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3510          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3511          * failures more gracefully we should just bail out here.
3512          */
3513
3514         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3515         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3516                 goto out;
3517
3518         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3519         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3520                 *did_some_progress = 1;
3521
3522                 /*
3523                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3524                  * reserves
3525                  */
3526                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3527                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3528                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3529         }
3530 out:
3531         mutex_unlock(&oom_lock);
3532         return page;
3533 }
3534
3535 /*
3536  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3537  * killer is consider as the only way to move forward.
3538  */
3539 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3540
3541 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3542 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3543 static struct page *
3544 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3545                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3546                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3547 {
3548         struct page *page;
3549         unsigned long pflags;
3550         unsigned int noreclaim_flag;
3551
3552         if (!order)
3553                 return NULL;
3554
3555         psi_memstall_enter(&pflags);
3556         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3557
3558         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3559                                                                         prio);
3560
3561         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3562         psi_memstall_leave(&pflags);
3563
3564         if (*compact_result <= COMPACT_INACTIVE)
3565                 return NULL;
3566
3567         /*
3568          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3569          * count a compaction stall
3570          */
3571         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3572
3573         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3574
3575         if (page) {
3576                 struct zone *zone = page_zone(page);
3577
3578                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3579                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3580                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3581                 return page;
3582         }
3583
3584         /*
3585          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3586          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3587          */
3588         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3589
3590         cond_resched();
3591
3592         return NULL;
3593 }
3594
3595 static inline bool
3596 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3597                      enum compact_result compact_result,
3598                      enum compact_priority *compact_priority,
3599                      int *compaction_retries)
3600 {
3601         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3602         int min_priority;
3603         bool ret = false;
3604         int retries = *compaction_retries;
3605         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3606
3607         if (!order)
3608                 return false;
3609
3610         if (compaction_made_progress(compact_result))
3611                 (*compaction_retries)++;
3612
3613         /*
3614          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3615          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3616          * failure could be caused by insufficient priority
3617          */
3618         if (compaction_failed(compact_result))
3619                 goto check_priority;
3620
3621         /*
3622          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3623          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3624          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3625          * compaction.
3626          */
3627         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3628                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3629                 goto out;
3630         }
3631
3632         /*
3633          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3634          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3635          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3636          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3637          * would need much more detailed feedback from compaction to
3638          * make a better decision.
3639          */
3640         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3641                 max_retries /= 4;
3642         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3643                 ret = true;
3644                 goto out;
3645         }
3646
3647         /*
3648          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3649          * all retries or failed at the lower priorities.
3650          */
3651 check_priority:
3652         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3653                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3654
3655         if (*compact_priority > min_priority) {
3656                 (*compact_priority)--;
3657                 *compaction_retries = 0;
3658                 ret = true;
3659         }
3660 out:
3661         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3662         return ret;
3663 }
3664 #else
3665 static inline struct page *
3666 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3667                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3668                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3669 {
3670         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3671         return NULL;
3672 }
3673
3674 static inline bool
3675 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3676                      enum compact_result compact_result,
3677                      enum compact_priority *compact_priority,
3678                      int *compaction_retries)
3679 {
3680         struct zone *zone;
3681         struct zoneref *z;
3682
3683         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3684                 return false;
3685
3686         /*
3687          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3688          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3689          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3690          * watermarks are OK.
3691          */
3692         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3693                                         ac->nodemask) {
3694                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3695                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3696                         return true;
3697         }
3698         return false;
3699 }
3700 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3701
3702 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3703 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3704         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3705
3706 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3707 {
3708         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3709
3710         /* no reclaim without waiting on it */
3711         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3712                 return false;
3713
3714         /* this guy won't enter reclaim */
3715         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3716                 return false;
3717
3718         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3719         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3720                 return false;
3721
3722         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3723                 return false;
3724
3725         return true;
3726 }
3727
3728 void __fs_reclaim_acquire(void)
3729 {
3730         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
3731 }
3732
3733 void __fs_reclaim_release(void)
3734 {
3735         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
3736 }
3737
3738 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3739 {
3740         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3741                 __fs_reclaim_acquire();
3742 }
3743 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3744
3745 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3746 {
3747         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
3748                 __fs_reclaim_release();
3749 }
3750 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3751 #endif
3752
3753 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3754 static int
3755 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3756                                         const struct alloc_context *ac)
3757 {
3758         struct reclaim_state reclaim_state;
3759         int progress;
3760         unsigned int noreclaim_flag;
3761         unsigned long pflags;
3762
3763         cond_resched();
3764
3765         /* We now go into synchronous reclaim */
3766         cpuset_memory_pressure_bump();
3767         psi_memstall_enter(&pflags);
3768         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3769         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3770         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
3771         current->reclaim_state = &reclaim_state;
3772
3773         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3774                                                                 ac->nodemask);
3775
3776         current->reclaim_state = NULL;
3777         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3778         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3779         psi_memstall_leave(&pflags);
3780
3781         cond_resched();
3782
3783         return progress;
3784 }
3785
3786 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3787 static inline struct page *
3788 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3789                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3790                 unsigned long *did_some_progress)
3791 {
3792         struct page *page = NULL;
3793         bool drained = false;
3794
3795         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3796         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3797                 return NULL;
3798
3799 retry:
3800         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3801
3802         /*
3803          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3804          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3805          * Shrink them them and try again
3806          */
3807         if (!page && !drained) {
3808                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3809                 drain_all_pages(NULL);
3810                 drained = true;
3811                 goto retry;
3812         }
3813
3814         return page;
3815 }
3816
3817 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3818                              const struct alloc_context *ac)
3819 {
3820         struct zoneref *z;
3821         struct zone *zone;
3822         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3823         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
3824
3825         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
3826                                         ac->nodemask) {
3827                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
3828                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
3829                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3830         }
3831 }
3832
3833 static inline unsigned int
3834 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3835 {
3836         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3837
3838         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
3839         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
3840
3841         /*
3842          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3843          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3844          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3845          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
3846          */
3847         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
3848
3849         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
3850                 /*
3851                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3852                  * if it can't schedule.
3853                  */
3854                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3855                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3856                 /*
3857                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
3858                  * comment for __cpuset_node_allowed().
3859                  */
3860                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3861         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
3862                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
3863
3864 #ifdef CONFIG_CMA
3865         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3866                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3867 #endif
3868         return alloc_flags;
3869 }
3870
3871 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3872 {
3873         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3874                 return false;
3875
3876         /*
3877          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3878          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3879          */
3880         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3881                 return false;
3882
3883         return true;
3884 }
3885
3886 /*
3887  * Distinguish requests which really need access to full memory
3888  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3889  */
3890 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3891 {
3892         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3893                 return 0;
3894         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3895                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3896         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3897                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3898         if (!in_interrupt()) {
3899                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3900                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3901                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3902                         return ALLOC_OOM;
3903         }
3904
3905         return 0;
3906 }
3907
3908 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3909 {
3910         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3911 }
3912
3913 /*
3914  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3915  * for the given allocation request.
3916  *
3917  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3918  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3919  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3920  *
3921  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3922  */
3923 static inline bool
3924 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3925                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3926                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3927 {
3928         struct zone *zone;
3929         struct zoneref *z;
3930         bool ret = false;
3931
3932         /*
3933          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3934          * their order will become available due to high fragmentation so
3935          * always increment the no progress counter for them
3936          */
3937         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3938                 *no_progress_loops = 0;
3939         else
3940                 (*no_progress_loops)++;
3941
3942         /*
3943          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3944          * several times in the row.
3945          */
3946         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3947                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3948                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3949         }
3950
3951         /*
3952          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3953          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3954          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3955          * screwed and have to go OOM.
3956          */
3957         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3958                                         ac->nodemask) {
3959                 unsigned long available;
3960                 unsigned long reclaimable;
3961                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3962                 bool wmark;
3963
3964                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3965                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3966
3967                 /*
3968                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3969                  * reclaimable pages?
3970                  */
3971                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3972                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
3973                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3974                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3975                 if (wmark) {
3976                         /*
3977                          * If we didn't make any progress and have a lot of
3978                          * dirty + writeback pages then we should wait for
3979                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
3980                          * prevent from pre mature OOM
3981                          */
3982                         if (!did_some_progress) {
3983                                 unsigned long write_pending;
3984
3985                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
3986                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
3987
3988                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
3989                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
3990                                         return true;
3991                                 }
3992                         }
3993
3994                         ret = true;
3995                         goto out;
3996                 }
3997         }
3998
3999 out:
4000         /*
4001          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4002          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4003          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4004          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4005          * here rather than calling cond_resched().
4006          */
4007         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4008                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4009         else
4010                 cond_resched();
4011         return ret;
4012 }
4013
4014 static inline bool
4015 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4016 {
4017         /*
4018          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4019          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4020          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4021          * such a way the check therein was true, and then it became false
4022          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4023          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4024          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4025          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4026          * caller can deal with a violated nodemask.
4027          */
4028         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4029                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4030                 ac->nodemask = NULL;
4031                 return true;
4032         }
4033
4034         /*
4035          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4036          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4037          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4038          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4039          * retry.
4040          */
4041         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4042                 return true;
4043
4044         return false;
4045 }
4046
4047 static inline struct page *
4048 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4049                                                 struct alloc_context *ac)
4050 {
4051         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4052         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4053         struct page *page = NULL;
4054         unsigned int alloc_flags;
4055         unsigned long did_some_progress;
4056         enum compact_priority compact_priority;
4057         enum compact_result compact_result;
4058         int compaction_retries;
4059         int no_progress_loops;
4060         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4061         int reserve_flags;
4062
4063         /*
4064          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4065          * callers that are not in atomic context.
4066          */
4067         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4068                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4069                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4070
4071 retry_cpuset:
4072         compaction_retries = 0;
4073         no_progress_loops = 0;
4074         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4075         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4076
4077         /*
4078          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4079          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4080          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4081          */
4082         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4083
4084         /*
4085          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4086          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4087          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4088          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4089          */
4090         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4091                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4092         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4093                 goto nopage;
4094
4095         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4096                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4097
4098         /*
4099          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4100          * that first
4101          */
4102         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4103         if (page)
4104                 goto got_pg;
4105
4106         /*
4107          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4108          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4109          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4110          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4111          * same migratetype.
4112          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4113          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4114          */
4115         if (can_direct_reclaim &&
4116                         (costly_order ||
4117                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4118                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4119                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4120                                                 alloc_flags, ac,
4121                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4122                                                 &compact_result);
4123                 if (page)
4124                         goto got_pg;
4125
4126                 /*
4127                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4128                  * includes THP page fault allocations
4129                  */
4130                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4131                         /*
4132                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4133                          * it is because sync compaction recently failed. If
4134                          * this is the case and the caller requested a THP
4135                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4136                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4137                          * direct reclaim.
4138                          */
4139                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4140                                 goto nopage;
4141
4142                         /*
4143                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4144                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4145                          * using async compaction.
4146                          */
4147                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4148                 }
4149         }
4150
4151 retry:
4152         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4153         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4154                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4155
4156         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4157         if (reserve_flags)
4158                 alloc_flags = reserve_flags;
4159
4160         /*
4161          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4162          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4163          * user oriented.
4164          */
4165         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4166                 ac->nodemask = NULL;
4167                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4168                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4169         }
4170
4171         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4172         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4173         if (page)
4174                 goto got_pg;
4175
4176         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4177         if (!can_direct_reclaim)
4178                 goto nopage;
4179
4180         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4181         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4182                 goto nopage;
4183
4184         /* Try direct reclaim and then allocating */
4185         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4186                                                         &did_some_progress);
4187         if (page)
4188                 goto got_pg;
4189
4190         /* Try direct compaction and then allocating */
4191         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4192                                         compact_priority, &compact_result);
4193         if (page)
4194                 goto got_pg;
4195
4196         /* Do not loop if specifically requested */
4197         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4198                 goto nopage;
4199
4200         /*
4201          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4202          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4203          */
4204         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4205                 goto nopage;
4206
4207         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4208                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4209                 goto retry;
4210
4211         /*
4212          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4213          * reclaim is not able to make any progress because the current
4214          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4215          * of free memory (see __compaction_suitable)
4216          */
4217         if (did_some_progress > 0 &&
4218                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4219                                 compact_result, &compact_priority,
4220                                 &compaction_retries))
4221                 goto retry;
4222
4223
4224         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4225         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4226                 goto retry_cpuset;
4227
4228         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4229         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4230         if (page)
4231                 goto got_pg;
4232
4233         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4234         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4235             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4236              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4237                 goto nopage;
4238
4239         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4240         if (did_some_progress) {
4241                 no_progress_loops = 0;
4242                 goto retry;
4243         }
4244
4245 nopage:
4246         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4247         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4248                 goto retry_cpuset;
4249
4250         /*
4251          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4252          * we always retry
4253          */
4254         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4255                 /*
4256                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4257                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4258                  */
4259                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4260                         goto fail;
4261
4262                 /*
4263                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4264                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4265                  * for somebody to do a work for us
4266                  */
4267                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4268
4269                 /*
4270                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4271                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4272                  * so that we can identify them and convert them to something
4273                  * else.
4274                  */
4275                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4276
4277                 /*
4278                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4279                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4280                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4281                  * the situation worse
4282                  */
4283                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4284                 if (page)
4285                         goto got_pg;
4286
4287                 cond_resched();
4288                 goto retry;
4289         }
4290 fail:
4291         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4292                         "page allocation failure: order:%u", order);
4293 got_pg:
4294         return page;
4295 }
4296
4297 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4298                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4299                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4300                 unsigned int *alloc_flags)
4301 {
4302         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4303         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4304         ac->nodemask = nodemask;
4305         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4306
4307         if (cpusets_enabled()) {
4308                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4309                 if (!ac->nodemask)
4310                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4311                 else
4312                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4313         }
4314
4315         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4316         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4317
4318         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4319
4320         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4321                 return false;
4322
4323         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4324                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4325
4326         return true;
4327 }
4328
4329 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4330 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4331 {
4332         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4333         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4334
4335         /*
4336          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4337          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4338          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4339          */
4340         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4341                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4342 }
4343
4344 /*
4345  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4346  */
4347 struct page *
4348 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4349                                                         nodemask_t *nodemask)
4350 {
4351         struct page *page;
4352         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4353         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4354         struct alloc_context ac = { };
4355
4356         /*
4357          * There are several places where we assume that the order value is sane
4358          * so bail out early if the request is out of bound.
4359          */
4360         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4361                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4362                 return NULL;
4363         }
4364
4365         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4366         alloc_mask = gfp_mask;
4367         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4368                 return NULL;
4369
4370         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4371
4372         /* First allocation attempt */
4373         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4374         if (likely(page))
4375                 goto out;
4376
4377         /*
4378          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4379          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4380          * from a particular context which has been marked by
4381          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4382          */
4383         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4384         ac.spread_dirty_pages = false;
4385
4386         /*
4387          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4388          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4389          */
4390         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4391                 ac.nodemask = nodemask;
4392
4393         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4394
4395 out:
4396         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4397             unlikely(memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4398                 __free_pages(page, order);
4399                 page = NULL;
4400         }
4401
4402         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4403
4404         return page;
4405 }
4406 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4407
4408 /*
4409  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4410  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4411  * you need to access high mem.
4412  */
4413 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4414 {
4415         struct page *page;
4416
4417         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4418         if (!page)
4419                 return 0;
4420         return (unsigned long) page_address(page);
4421 }
4422 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4423
4424 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4425 {
4426         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4427 }
4428 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4429
4430 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4431 {
4432         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4433                 free_unref_page(page);
4434         else
4435                 __free_pages_ok(page, order);
4436 }
4437
4438 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4439 {
4440         if (put_page_testzero(page))
4441                 free_the_page(page, order);
4442 }
4443 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4444
4445 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4446 {
4447         if (addr != 0) {
4448                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4449                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4450         }
4451 }
4452
4453 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4454
4455 /*
4456  * Page Fragment:
4457  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4458  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4459  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4460  *
4461  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4462  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4463  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4464  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4465  */
4466 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4467                                              gfp_t gfp_mask)
4468 {
4469         struct page *page = NULL;
4470         gfp_t gfp = gfp_mask;
4471
4472 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4473         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4474                     __GFP_NOMEMALLOC;
4475         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4476                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4477         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4478 #endif
4479         if (unlikely(!page))
4480                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4481
4482         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4483
4484         return page;
4485 }
4486
4487 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4488 {
4489         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4490
4491         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4492                 free_the_page(page, compound_order(page));
4493 }
4494 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4495
4496 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4497                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4498 {
4499         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4500         struct page *page;
4501         int offset;
4502
4503         if (unlikely(!nc->va)) {
4504 refill:
4505                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4506                 if (!page)
4507                         return NULL;
4508
4509 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4510                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4511                 size = nc->size;
4512 #endif
4513                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4514                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4515                  */
4516                 page_ref_add(page, size - 1);
4517
4518                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4519                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4520                 nc->pagecnt_bias = size;
4521                 nc->offset = size;
4522         }
4523
4524         offset = nc->offset - fragsz;
4525         if (unlikely(offset < 0)) {
4526                 page = virt_to_page(nc->va);
4527
4528                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4529                         goto refill;
4530
4531 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4532                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4533                 size = nc->size;
4534 #endif
4535                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4536                 set_page_count(page, size);
4537
4538                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4539                 nc->pagecnt_bias = size;
4540                 offset = size - fragsz;
4541         }
4542
4543         nc->pagecnt_bias--;
4544         nc->offset = offset;
4545
4546         return nc->va + offset;
4547 }
4548 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4549
4550 /*
4551  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4552  */
4553 void page_frag_free(void *addr)
4554 {
4555         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4556
4557         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4558                 free_the_page(page, compound_order(page));
4559 }
4560 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4561
4562 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4563                 size_t size)
4564 {
4565         if (addr) {
4566                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4567                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4568
4569                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4570                 while (used < alloc_end) {
4571                         free_page(used);
4572                         used += PAGE_SIZE;
4573                 }
4574         }
4575         return (void *)addr;
4576 }
4577
4578 /**
4579  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4580  * @size: the number of bytes to allocate
4581  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4582  *
4583  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4584  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4585  * allocate memory in power-of-two pages.
4586  *
4587  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4588  *
4589  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4590  */
4591 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4592 {
4593         unsigned int order = get_order(size);
4594         unsigned long addr;
4595
4596         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4597         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4598 }
4599 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4600
4601 /**
4602  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4603  *                         pages on a node.
4604  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4605  * @size: the number of bytes to allocate
4606  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation
4607  *
4608  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4609  * back.
4610  */
4611 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4612 {
4613         unsigned int order = get_order(size);
4614         struct page *p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4615         if (!p)
4616                 return NULL;
4617         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4618 }
4619
4620 /**
4621  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4622  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4623  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4624  *
4625  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4626  */
4627 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4628 {
4629         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4630         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4631
4632         while (addr < end) {
4633                 free_page(addr);
4634                 addr += PAGE_SIZE;
4635         }
4636 }
4637 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4638
4639 /**
4640  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4641  * @offset: The zone index of the highest zone
4642  *
4643  * nr_free_zone_pages() counts the number of counts pages which are beyond the
4644  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4645  * zone, the number of pages is calculated as:
4646  *
4647  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4648  */
4649 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4650 {
4651         struct zoneref *z;
4652         struct zone *zone;
4653
4654         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4655         unsigned long sum = 0;
4656
4657         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4658
4659         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4660                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4661                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4662                 if (size > high)
4663                         sum += size - high;
4664         }
4665
4666         return sum;
4667 }
4668
4669 /**
4670  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4671  *
4672  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4673  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4674  */
4675 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4676 {
4677         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4678 }
4679 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4680
4681 /**
4682  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4683  *
4684  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4685  * high watermark within all zones.
4686  */
4687 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4688 {
4689         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4690 }
4691
4692 static inline void show_node(struct zone *zone)
4693 {
4694         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4695                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
4696 }
4697
4698 long si_mem_available(void)
4699 {
4700         long available;
4701         unsigned long pagecache;
4702         unsigned long wmark_low = 0;
4703         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
4704         unsigned long reclaimable;
4705         struct zone *zone;
4706         int lru;
4707
4708         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
4709                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
4710
4711         for_each_zone(zone)
4712                 wmark_low += zone->watermark[WMARK_LOW];
4713
4714         /*
4715          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
4716          * without causing swapping.
4717          */
4718         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
4719
4720         /*
4721          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
4722          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
4723          * low watermark worth of cache, needs to stay.
4724          */
4725         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
4726         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
4727         available += pagecache;
4728
4729         /*
4730          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
4731          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
4732          * low watermark.
4733          */
4734         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
4735                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
4736         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
4737
4738         if (available < 0)
4739                 available = 0;
4740         return available;
4741 }
4742 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
4743
4744 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
4745 {
4746         val->totalram = totalram_pages();
4747         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
4748         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
4749         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
4750         val->totalhigh = totalhigh_pages();
4751         val->freehigh = nr_free_highpages();
4752         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4753 }
4754
4755 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
4756
4757 #ifdef CONFIG_NUMA
4758 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
4759 {
4760         int zone_type;          /* needs to be signed */
4761         unsigned long managed_pages = 0;
4762         unsigned long managed_highpages = 0;
4763         unsigned long free_highpages = 0;
4764         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
4765
4766         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
4767                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
4768         val->totalram = managed_pages;
4769         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
4770         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
4771 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
4772         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
4773                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
4774
4775                 if (is_highmem(zone)) {
4776                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
4777                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
4778                 }
4779         }
4780         val->totalhigh = managed_highpages;
4781         val->freehigh = free_highpages;
4782 #else
4783         val->totalhigh = managed_highpages;
4784         val->freehigh = free_highpages;
4785 #endif
4786         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
4787 }
4788 #endif
4789
4790 /*
4791  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
4792  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
4793  */
4794 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
4795 {
4796         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
4797                 return false;
4798
4799         /*
4800          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
4801          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
4802          * have to be precise here.
4803          */
4804         if (!nodemask)
4805                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4806
4807         return !node_isset(nid, *nodemask);
4808 }
4809
4810 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
4811
4812 static void show_migration_types(unsigned char type)
4813 {
4814         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
4815                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
4816                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
4817                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
4818                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
4819 #ifdef CONFIG_CMA
4820                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
4821 #endif
4822 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
4823                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
4824 #endif
4825         };
4826         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
4827         char *p = tmp;
4828         int i;
4829
4830         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
4831                 if (type & (1 << i))
4832                         *p++ = types[i];
4833         }
4834
4835         *p = '\0';
4836         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
4837 }
4838
4839 /*
4840  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
4841  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
4842  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
4843  *
4844  * Bits in @filter:
4845  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
4846  *   cpuset.
4847  */
4848 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
4849 {
4850         unsigned long free_pcp = 0;
4851         int cpu;
4852         struct zone *zone;
4853         pg_data_t *pgdat;
4854
4855         for_each_populated_zone(zone) {
4856                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4857                         continue;
4858
4859                 for_each_online_cpu(cpu)
4860                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4861         }
4862
4863         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
4864                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
4865                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
4866                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
4867                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
4868                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
4869                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
4870                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
4871                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
4872                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
4873                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
4874                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
4875                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
4876                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
4877                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
4878                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
4879                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
4880                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
4881                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
4882                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
4883                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
4884                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
4885                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
4886                 free_pcp,
4887                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
4888
4889         for_each_online_pgdat(pgdat) {
4890                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
4891                         continue;
4892
4893                 printk("Node %d"
4894                         " active_anon:%lukB"
4895                         " inactive_anon:%lukB"
4896                         " active_file:%lukB"
4897                         " inactive_file:%lukB"
4898                         " unevictable:%lukB"
4899                         " isolated(anon):%lukB"
4900                         " isolated(file):%lukB"
4901                         " mapped:%lukB"
4902                         " dirty:%lukB"
4903                         " writeback:%lukB"
4904                         " shmem:%lukB"
4905 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4906                         " shmem_thp: %lukB"
4907                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
4908                         " anon_thp: %lukB"
4909 #endif
4910                         " writeback_tmp:%lukB"
4911                         " unstable:%lukB"
4912                         " all_unreclaimable? %s"
4913                         "\n",
4914                         pgdat->node_id,
4915                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
4916                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
4917                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
4918                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
4919                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
4920                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
4921                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
4922                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
4923                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
4924                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
4925                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
4926 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
4927                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4928                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
4929                                         * HPAGE_PMD_NR),
4930                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
4931 #endif
4932                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
4933                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
4934                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
4935                                 "yes" : "no");
4936         }
4937
4938         for_each_populated_zone(zone) {
4939                 int i;
4940
4941                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
4942                         continue;
4943
4944                 free_pcp = 0;
4945                 for_each_online_cpu(cpu)
4946                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
4947
4948                 show_node(zone);
4949                 printk(KERN_CONT
4950                         "%s"
4951                         " free:%lukB"
4952                         " min:%lukB"
4953                         " low:%lukB"
4954                         " high:%lukB"
4955                         " active_anon:%lukB"
4956                         " inactive_anon:%lukB"
4957                         " active_file:%lukB"
4958                         " inactive_file:%lukB"
4959                         " unevictable:%lukB"
4960                         " writepending:%lukB"
4961                         " present:%lukB"
4962                         " managed:%lukB"
4963                         " mlocked:%lukB"
4964                         " kernel_stack:%lukB"
4965                         " pagetables:%lukB"
4966                         " bounce:%lukB"
4967                         " free_pcp:%lukB"
4968                         " local_pcp:%ukB"
4969                         " free_cma:%lukB"
4970                         "\n",
4971                         zone->name,
4972                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
4973                         K(min_wmark_pages(zone)),
4974                         K(low_wmark_pages(zone)),
4975                         K(high_wmark_pages(zone)),
4976                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
4977                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
4978                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
4979                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
4980                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
4981                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
4982                         K(zone->present_pages),
4983                         K(zone_managed_pages(zone)),
4984                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
4985                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
4986                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
4987                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
4988                         K(free_pcp),
4989                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
4990                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
4991                 printk("lowmem_reserve[]:");
4992                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
4993                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
4994                 printk(KERN_CONT "\n");
4995         }
4996
4997         for_each_populated_zone(zone) {
4998                 unsigned int order;
4999                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5000                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5001
5002                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5003                         continue;
5004                 show_node(zone);
5005                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5006
5007                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5008                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5009                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5010                         int type;
5011
5012                         nr[order] = area->nr_free;
5013                         total += nr[order] << order;
5014
5015                         types[order] = 0;
5016                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5017                                 if (!list_empty(&area->free_list[type]))
5018                                         types[order] |= 1 << type;
5019                         }
5020                 }
5021                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5022                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5023                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5024                                nr[order], K(1UL) << order);
5025                         if (nr[order])
5026                                 show_migration_types(types[order]);
5027                 }
5028                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5029         }
5030
5031         hugetlb_show_meminfo();
5032
5033         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5034
5035         show_swap_cache_info();
5036 }
5037
5038 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5039 {
5040         zoneref->zone = zone;
5041         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5042 }
5043
5044 /*
5045  * Builds allocation fallback zone lists.
5046  *
5047  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5048  */
5049 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5050 {
5051         struct zone *zone;
5052         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5053         int nr_zones = 0;
5054
5055         do {
5056                 zone_type--;
5057                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5058                 if (managed_zone(zone)) {
5059                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5060                         check_highest_zone(zone_type);
5061                 }
5062         } while (zone_type);
5063
5064         return nr_zones;
5065 }
5066
5067 #ifdef CONFIG_NUMA
5068
5069 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5070 {
5071         /*
5072          * We used to support different zonlists modes but they turned
5073          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5074          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5075          * not fail it silently
5076          */
5077         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5078                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5079                 return -EINVAL;
5080         }
5081         return 0;
5082 }
5083
5084 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5085 {
5086         if (!s)
5087                 return 0;
5088
5089         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5090 }
5091 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5092
5093 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5094
5095 /*
5096  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5097  */
5098 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5099                 void __user *buffer, size_t *length,
5100                 loff_t *ppos)
5101 {
5102         char *str;
5103         int ret;
5104
5105         if (!write)
5106                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5107         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5108         if (IS_ERR(str))
5109                 return PTR_ERR(str);
5110
5111         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5112         kfree(str);
5113         return ret;
5114 }
5115
5116
5117 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5118 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5119
5120 /**
5121  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5122  * @node: node whose fallback list we're appending
5123  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5124  *
5125  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5126  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5127  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5128  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5129  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5130  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5131  * on them otherwise.
5132  * It returns -1 if no node is found.
5133  */
5134 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5135 {
5136         int n, val;
5137         int min_val = INT_MAX;
5138         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5139         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5140
5141         /* Use the local node if we haven't already */
5142         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5143                 node_set(node, *used_node_mask);
5144                 return node;
5145         }
5146
5147         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5148
5149                 /* Don't want a node to appear more than once */
5150                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5151                         continue;
5152
5153                 /* Use the distance array to find the distance */
5154                 val = node_distance(node, n);
5155
5156                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5157                 val += (n < node);
5158
5159                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5160                 tmp = cpumask_of_node(n);
5161                 if (!cpumask_empty(tmp))
5162                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5163
5164                 /* Slight preference for less loaded node */
5165                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5166                 val += node_load[n];
5167
5168                 if (val < min_val) {
5169                         min_val = val;
5170                         best_node = n;
5171                 }
5172         }
5173
5174         if (best_node >= 0)
5175                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5176
5177         return best_node;
5178 }
5179
5180
5181 /*
5182  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5183  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5184  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5185  */
5186 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5187                 unsigned nr_nodes)
5188 {
5189         struct zoneref *zonerefs;
5190         int i;
5191
5192         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5193
5194         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5195                 int nr_zones;
5196
5197                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5198
5199                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5200                 zonerefs += nr_zones;
5201         }
5202         zonerefs->zone = NULL;
5203         zonerefs->zone_idx = 0;
5204 }
5205
5206 /*
5207  * Build gfp_thisnode zonelists
5208  */
5209 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5210 {
5211         struct zoneref *zonerefs;
5212         int nr_zones;
5213
5214         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5215         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5216         zonerefs += nr_zones;
5217         zonerefs->zone = NULL;
5218         zonerefs->zone_idx = 0;
5219 }
5220
5221 /*
5222  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5223  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5224  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5225  * may still exist in local DMA zone.
5226  */
5227
5228 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5229 {
5230         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5231         int node, load, nr_nodes = 0;
5232         nodemask_t used_mask;
5233         int local_node, prev_node;
5234
5235         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5236         local_node = pgdat->node_id;
5237         load = nr_online_nodes;
5238         prev_node = local_node;
5239         nodes_clear(used_mask);
5240
5241         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5242         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5243                 /*
5244                  * We don't want to pressure a particular node.
5245                  * So adding penalty to the first node in same
5246                  * distance group to make it round-robin.
5247                  */
5248                 if (node_distance(local_node, node) !=
5249                     node_distance(local_node, prev_node))
5250                         node_load[node] = load;
5251
5252                 node_order[nr_nodes++] = node;
5253                 prev_node = node;
5254                 load--;
5255         }
5256
5257         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5258         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5259 }
5260
5261 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5262 /*
5263  * Return node id of node used for "local" allocations.
5264  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5265  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5266  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5267  */
5268 int local_memory_node(int node)
5269 {
5270         struct zoneref *z;
5271
5272         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5273                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5274                                    NULL);
5275         return zone_to_nid(z->zone);
5276 }
5277 #endif
5278
5279 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5280 static void setup_min_slab_ratio(void);
5281 #else   /* CONFIG_NUMA */
5282
5283 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5284 {
5285         int node, local_node;
5286         struct zoneref *zonerefs;
5287         int nr_zones;
5288
5289         local_node = pgdat->node_id;
5290
5291         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5292         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5293         zonerefs += nr_zones;
5294
5295         /*
5296          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5297          * of all the other nodes.
5298          * We don't want to pressure a particular node, so when
5299          * building the zones for node N, we make sure that the
5300          * zones coming right after the local ones are those from
5301          * node N+1 (modulo N)
5302          */
5303         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5304                 if (!node_online(node))
5305                         continue;
5306                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5307                 zonerefs += nr_zones;
5308         }
5309         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5310                 if (!node_online(node))
5311                         continue;
5312                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5313                 zonerefs += nr_zones;
5314         }
5315
5316         zonerefs->zone = NULL;
5317         zonerefs->zone_idx = 0;
5318 }
5319
5320 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5321
5322 /*
5323  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5324  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5325  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5326  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5327  * with interrupts disabled.
5328  *
5329  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5330  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5331  * hotplugged processors.
5332  *
5333  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5334  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5335  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5336  */
5337 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5338 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5339 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5340
5341 static void __build_all_zonelists(void *data)
5342 {
5343         int nid;
5344         int __maybe_unused cpu;
5345         pg_data_t *self = data;
5346         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5347
5348         spin_lock(&lock);
5349
5350 #ifdef CONFIG_NUMA
5351         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5352 #endif
5353
5354         /*
5355          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5356          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5357          */
5358         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5359                 build_zonelists(self);
5360         } else {
5361                 for_each_online_node(nid) {
5362                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5363
5364                         build_zonelists(pgdat);
5365                 }
5366
5367 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5368                 /*
5369                  * We now know the "local memory node" for each node--
5370                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5371                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5372                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5373                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5374                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5375                  */
5376                 for_each_online_cpu(cpu)
5377                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5378 #endif
5379         }
5380
5381         spin_unlock(&lock);
5382 }
5383
5384 static noinline void __init
5385 build_all_zonelists_init(void)
5386 {
5387         int cpu;
5388
5389         __build_all_zonelists(NULL);
5390
5391         /*
5392          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5393          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5394          * each zone will be allocated later when the per cpu
5395          * allocator is available.
5396          *
5397          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5398          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5399          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5400          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5401          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5402          * (a chicken-egg dilemma).
5403          */
5404         for_each_possible_cpu(cpu)
5405                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5406
5407         mminit_verify_zonelist();
5408         cpuset_init_current_mems_allowed();
5409 }
5410
5411 /*
5412  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5413  *
5414  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5415  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5416  */
5417 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5418 {
5419         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5420                 build_all_zonelists_init();
5421         } else {
5422                 __build_all_zonelists(pgdat);
5423                 /* cpuset refresh routine should be here */
5424         }
5425         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5426         /*
5427          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5428          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5429          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5430          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5431          * disabled and enable it later
5432          */
5433         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5434                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5435         else
5436                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5437
5438         pr_info("Built %i zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5439                 nr_online_nodes,
5440                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5441                 vm_total_pages);
5442 #ifdef CONFIG_NUMA
5443         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5444 #endif
5445 }
5446
5447 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5448 static bool __meminit
5449 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5450 {
5451 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5452         static struct memblock_region *r;
5453
5454         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5455                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5456                         for_each_memblock(memory, r) {
5457                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5458                                         break;
5459                         }
5460                 }
5461                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5462                     memblock_is_mirror(r)) {
5463                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5464                         return true;
5465                 }
5466         }
5467 #endif
5468         return false;
5469 }
5470
5471 /*
5472  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5473  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5474  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5475  */
5476 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5477                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5478                 struct vmem_altmap *altmap)
5479 {
5480         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5481         struct page *page;
5482
5483         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5484                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5485
5486 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5487         /*
5488          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5489          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5490          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5491          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5492          * the hotplug lock.
5493          */
5494         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5495                 if (!altmap)
5496                         return;
5497
5498                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5499                         start_pfn += altmap->reserve;
5500                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5501         }
5502 #endif
5503
5504         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5505                 /*
5506                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5507                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5508                  */
5509                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5510                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5511                                 continue;
5512                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5513                                 continue;
5514                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5515                                 continue;
5516                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5517                                 break;
5518                 }
5519
5520                 page = pfn_to_page(pfn);
5521                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5522                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5523                         __SetPageReserved(page);
5524
5525                 /*
5526                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5527                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5528                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5529                  * the address space during boot when many long-lived
5530                  * kernel allocations are made.
5531                  *
5532                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5533                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5534                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5535                  * pfn out of zone.
5536                  */
5537                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5538                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5539                         cond_resched();
5540                 }
5541         }
5542 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
5543         /*
5544          * If the zone does not span the rest of the section then
5545          * we should at least initialize those pages. Otherwise we
5546          * could blow up on a poisoned page in some paths which depend
5547          * on full sections being initialized (e.g. memory hotplug).
5548          */
5549         while (end_pfn % PAGES_PER_SECTION) {
5550                 __init_single_page(pfn_to_page(end_pfn), end_pfn, zone, nid);
5551                 end_pfn++;
5552         }
5553 #endif
5554 }
5555
5556 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5557 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5558                                    unsigned long start_pfn,
5559                                    unsigned long size,
5560                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5561 {
5562         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5563         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5564         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5565         unsigned long start = jiffies;
5566         int nid = pgdat->node_id;
5567
5568         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5569                 return;
5570
5571         /*
5572          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5573          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5574          * the end of that region and start processing the device pages.
5575          */
5576         if (pgmap->altmap_valid) {
5577                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5578
5579                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5580                 size = end_pfn - start_pfn;
5581         }
5582
5583         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5584                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5585
5586                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5587
5588                 /*
5589                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5590                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5591                  *
5592                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5593                  * the flag as we are still initializing the pages.
5594                  */
5595                 __SetPageReserved(page);
5596
5597                 /*
5598                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5599                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5600                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5601                  */
5602                 page->pgmap = pgmap;
5603                 page->hmm_data = 0;
5604
5605                 /*
5606                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5607                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5608                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5609                  * the address space during boot when many long-lived
5610                  * kernel allocations are made.
5611                  *
5612                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5613                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5614                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5615                  * pfn out of zone.
5616                  *
5617                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5618                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5619                  */
5620                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5621                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5622                         cond_resched();
5623                 }
5624         }
5625
5626         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5627                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5628 }
5629
5630 #endif
5631 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5632 {
5633         unsigned int order, t;
5634         for_each_migratetype_order(order, t) {
5635                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5636                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5637         }
5638 }
5639
5640 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5641                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5642 {
5643         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5644 }
5645
5646 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5647 {
5648 #ifdef CONFIG_MMU
5649         int batch;
5650
5651         /*
5652          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5653          * size of the zone.
5654          */
5655         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5656         /* But no more than a meg. */
5657         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5658                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5659         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5660         if (batch < 1)
5661                 batch = 1;
5662
5663         /*
5664          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5665          * of 2 value was found to be more likely to have
5666          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5667          *
5668          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5669          * batches of pages, one task can end up with a lot
5670          * of pages of one half of the possible page colors
5671          * and the other with pages of the other colors.
5672          */
5673         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5674
5675         return batch;
5676
5677 #else
5678         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5679          * conditions.
5680          *
5681          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5682          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5683          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5684          *
5685          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5686          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5687          * can be a significant delay between the individual batches being
5688          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5689          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5690          */
5691         return 0;
5692 #endif
5693 }
5694
5695 /*
5696  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5697  * ->batch must never be higher then ->high.
5698  * The following function updates them in a safe manner without read side
5699  * locking.
5700  *
5701  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5702  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5703  *
5704  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5705  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5706  * exist).
5707  */
5708 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5709                 unsigned long batch)
5710 {
5711        /* start with a fail safe value for batch */
5712         pcp->batch = 1;
5713         smp_wmb();
5714
5715        /* Update high, then batch, in order */
5716         pcp->high = high;
5717         smp_wmb();
5718
5719         pcp->batch = batch;
5720 }
5721
5722 /* a companion to pageset_set_high() */
5723 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5724 {
5725         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
5726 }
5727
5728 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
5729 {
5730         struct per_cpu_pages *pcp;
5731         int migratetype;
5732
5733         memset(p, 0, sizeof(*p));
5734
5735         pcp = &p->pcp;
5736         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
5737                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
5738 }
5739
5740 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
5741 {
5742         pageset_init(p);
5743         pageset_set_batch(p, batch);
5744 }
5745
5746 /*
5747  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
5748  * to the value high for the pageset p.
5749  */
5750 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
5751                                 unsigned long high)
5752 {
5753         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
5754         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
5755                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
5756
5757         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
5758 }
5759
5760 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
5761                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
5762 {
5763         if (percpu_pagelist_fraction)
5764                 pageset_set_high(pcp,
5765                         (zone_managed_pages(zone) /
5766                                 percpu_pagelist_fraction));
5767         else
5768                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
5769 }
5770
5771 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
5772 {
5773         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
5774
5775         pageset_init(pcp);
5776         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
5777 }
5778
5779 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5780 {
5781         int cpu;
5782         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
5783         for_each_possible_cpu(cpu)
5784                 zone_pageset_init(zone, cpu);
5785 }
5786
5787 /*
5788  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5789  * Before this call only boot pagesets were available.
5790  */
5791 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5792 {
5793         struct pglist_data *pgdat;
5794         struct zone *zone;
5795
5796         for_each_populated_zone(zone)
5797                 setup_zone_pageset(zone);
5798
5799         for_each_online_pgdat(pgdat)
5800                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5801                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5802 }
5803
5804 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5805 {
5806         /*
5807          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5808          * relies on the ability of the linker to provide the
5809          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5810          */
5811         zone->pageset = &boot_pageset;
5812
5813         if (populated_zone(zone))
5814                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
5815                         zone->name, zone->present_pages,
5816                                          zone_batchsize(zone));
5817 }
5818
5819 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
5820                                         unsigned long zone_start_pfn,
5821                                         unsigned long size)
5822 {
5823         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5824         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
5825
5826         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
5827                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
5828
5829         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
5830
5831         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
5832                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
5833                         pgdat->node_id,
5834                         (unsigned long)zone_idx(zone),
5835                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
5836
5837         zone_init_free_lists(zone);
5838         zone->initialized = 1;
5839 }
5840
5841 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5842 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
5843
5844 /*
5845  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
5846  */
5847 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
5848                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
5849 {
5850         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5851         int nid;
5852
5853         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
5854                 return state->last_nid;
5855
5856         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
5857         if (nid != -1) {
5858                 state->last_start = start_pfn;
5859                 state->last_end = end_pfn;
5860                 state->last_nid = nid;
5861         }
5862
5863         return nid;
5864 }
5865 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
5866
5867 /**
5868  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
5869  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
5870  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
5871  *
5872  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
5873  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
5874  * memblock_free_early_nid() manually.
5875  */
5876 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
5877 {
5878         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5879         int i, this_nid;
5880
5881         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
5882                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
5883                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
5884
5885                 if (start_pfn < end_pfn)
5886                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
5887                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
5888                                         this_nid);
5889         }
5890 }
5891
5892 /**
5893  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
5894  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
5895  *
5896  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
5897  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
5898  */
5899 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
5900 {
5901         unsigned long start_pfn, end_pfn;
5902         int i, this_nid;
5903
5904         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
5905                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
5906 }
5907
5908 /**
5909  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
5910  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
5911  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
5912  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
5913  *
5914  * It returns the start and end page frame of a node based on information
5915  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
5916  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
5917  * PFNs will be 0.
5918  */
5919 void __meminit get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
5920                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
5921 {
5922         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
5923         int i;
5924
5925         *start_pfn = -1UL;
5926         *end_pfn = 0;
5927
5928         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
5929                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
5930                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
5931         }
5932
5933         if (*start_pfn == -1UL)
5934                 *start_pfn = 0;
5935 }
5936
5937 /*
5938  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
5939  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
5940  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
5941  */
5942 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
5943 {
5944         int zone_index;
5945         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
5946                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
5947                         continue;
5948
5949                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
5950                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
5951                         break;
5952         }
5953
5954         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
5955         movable_zone = zone_index;
5956 }
5957
5958 /*
5959  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
5960  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
5961  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
5962  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
5963  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
5964  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
5965  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
5966  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
5967  */
5968 static void __meminit adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
5969                                         unsigned long zone_type,
5970                                         unsigned long node_start_pfn,
5971                                         unsigned long node_end_pfn,
5972                                         unsigned long *zone_start_pfn,
5973                                         unsigned long *zone_end_pfn)
5974 {
5975         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
5976         if (zone_movable_pfn[nid]) {
5977                 /* Size ZONE_MOVABLE */
5978                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
5979                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5980                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
5981                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
5982
5983                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
5984                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
5985                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
5986                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
5987                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
5988
5989                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
5990                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
5991                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
5992         }
5993 }
5994
5995 /*
5996  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
5997  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
5998  */
5999 static unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6000                                         unsigned long zone_type,
6001                                         unsigned long node_start_pfn,
6002                                         unsigned long node_end_pfn,
6003                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6004                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6005                                         unsigned long *ignored)
6006 {
6007         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6008         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6009                 return 0;
6010
6011         /* Get the start and end of the zone */
6012         *zone_start_pfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6013         *zone_end_pfn = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6014         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6015                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6016                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6017
6018         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6019         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6020                 return 0;
6021
6022         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6023         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6024         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6025
6026         /* Return the spanned pages */
6027         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6028 }
6029
6030 /*
6031  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6032  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6033  */
6034 unsigned long __meminit __absent_pages_in_range(int nid,
6035                                 unsigned long range_start_pfn,
6036                                 unsigned long range_end_pfn)
6037 {
6038         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6039         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6040         int i;
6041
6042         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6043                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6044                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6045                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6046         }
6047         return nr_absent;
6048 }
6049
6050 /**
6051  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6052  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6053  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6054  *
6055  * It returns the number of pages frames in memory holes within a range.
6056  */
6057 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6058                                                         unsigned long end_pfn)
6059 {
6060         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6061 }
6062
6063 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6064 static unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6065                                         unsigned long zone_type,
6066                                         unsigned long node_start_pfn,
6067                                         unsigned long node_end_pfn,
6068                                         unsigned long *ignored)
6069 {
6070         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6071         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6072         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6073         unsigned long nr_absent;
6074
6075         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6076         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6077                 return 0;
6078
6079         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6080         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6081
6082         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6083                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6084                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6085         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6086
6087         /*
6088          * ZONE_MOVABLE handling.
6089          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6090          * and vice versa.
6091          */
6092         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6093                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6094                 struct memblock_region *r;
6095
6096                 for_each_memblock(memory, r) {
6097                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6098                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6099                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6100                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6101
6102                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6103                             memblock_is_mirror(r))
6104                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6105
6106                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6107                             !memblock_is_mirror(r))
6108                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6109                 }
6110         }
6111
6112         return nr_absent;
6113 }
6114
6115 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6116 static inline unsigned long __meminit zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6117                                         unsigned long zone_type,
6118                                         unsigned long node_start_pfn,
6119                                         unsigned long node_end_pfn,
6120                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6121                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6122                                         unsigned long *zones_size)
6123 {
6124         unsigned int zone;
6125
6126         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6127         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6128                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6129
6130         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6131
6132         return zones_size[zone_type];
6133 }
6134
6135 static inline unsigned long __meminit zone_absent_pages_in_node(int nid,
6136                                                 unsigned long zone_type,
6137                                                 unsigned long node_start_pfn,
6138                                                 unsigned long node_end_pfn,
6139                                                 unsigned long *zholes_size)
6140 {
6141         if (!zholes_size)
6142                 return 0;
6143
6144         return zholes_size[zone_type];
6145 }
6146
6147 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6148
6149 static void __meminit calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6150                                                 unsigned long node_start_pfn,
6151                                                 unsigned long node_end_pfn,
6152                                                 unsigned long *zones_size,
6153                                                 unsigned long *zholes_size)
6154 {
6155         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6156         enum zone_type i;
6157
6158         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6159                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6160                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6161                 unsigned long size, real_size;
6162
6163                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6164                                                   node_start_pfn,
6165                                                   node_end_pfn,
6166                                                   &zone_start_pfn,
6167                                                   &zone_end_pfn,
6168                                                   zones_size);
6169                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6170                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6171                                                   zholes_size);
6172                 if (size)
6173                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6174                 else
6175                         zone->zone_start_pfn = 0;
6176                 zone->spanned_pages = size;
6177                 zone->present_pages = real_size;
6178
6179                 totalpages += size;
6180                 realtotalpages += real_size;
6181         }
6182
6183         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6184         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6185         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6186                                                         realtotalpages);
6187 }
6188
6189 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6190 /*
6191  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6192  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6193  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6194  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6195  * bytes.
6196  */
6197 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6198 {
6199         unsigned long usemapsize;
6200
6201         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6202         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6203         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6204         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6205         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6206
6207         return usemapsize / 8;
6208 }
6209
6210 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6211                                 struct zone *zone,
6212                                 unsigned long zone_start_pfn,
6213                                 unsigned long zonesize)
6214 {
6215         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6216         zone->pageblock_flags = NULL;
6217         if (usemapsize)
6218                 zone->pageblock_flags =
6219                         memblock_alloc_node_nopanic(usemapsize,
6220                                                          pgdat->node_id);
6221 }
6222 #else
6223 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6224                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6225 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6226
6227 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6228
6229 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6230 void __init set_pageblock_order(void)
6231 {
6232         unsigned int order;
6233
6234         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6235         if (pageblock_order)
6236                 return;
6237
6238         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6239                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6240         else
6241                 order = MAX_ORDER - 1;
6242
6243         /*
6244          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6245          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6246          * powerpc.
6247          */
6248         pageblock_order = order;
6249 }
6250 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6251
6252 /*
6253  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6254  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6255  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6256  * the kernel config
6257  */
6258 void __init set_pageblock_order(void)
6259 {
6260 }
6261
6262 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6263
6264 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6265                                                 unsigned long present_pages)
6266 {
6267         unsigned long pages = spanned_pages;
6268
6269         /*
6270          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6271          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6272          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6273          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6274          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6275          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6276          */
6277         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6278             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6279                 pages = present_pages;
6280
6281         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6282 }
6283
6284 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6285 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6286 {
6287         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6288         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6289         pgdat->split_queue_len = 0;
6290 }
6291 #else
6292 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6293 #endif
6294
6295 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6296 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6297 {
6298         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6299 }
6300 #else
6301 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6302 #endif
6303
6304 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6305 {
6306         pgdat_resize_init(pgdat);
6307
6308         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6309         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6310
6311         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6312         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6313
6314         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6315         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6316         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6317 }
6318
6319 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6320                                                         unsigned long remaining_pages)
6321 {
6322         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6323         zone_set_nid(zone, nid);
6324         zone->name = zone_names[idx];
6325         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6326         spin_lock_init(&zone->lock);
6327         zone_seqlock_init(zone);
6328         zone_pcp_init(zone);
6329 }
6330
6331 /*
6332  * Set up the zone data structures
6333  * - init pgdat internals
6334  * - init all zones belonging to this node
6335  *
6336  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6337  */
6338 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6339 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6340 {
6341         enum zone_type z;
6342         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6343
6344         pgdat_init_internals(pgdat);
6345         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6346                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6347 }
6348 #endif
6349
6350 /*
6351  * Set up the zone data structures:
6352  *   - mark all pages reserved
6353  *   - mark all memory queues empty
6354  *   - clear the memory bitmaps
6355  *
6356  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6357  * NOTE: this function is only called during early init.
6358  */
6359 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6360 {
6361         enum zone_type j;
6362         int nid = pgdat->node_id;
6363
6364         pgdat_init_internals(pgdat);
6365         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6366
6367         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6368                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6369                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6370                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6371
6372                 size = zone->spanned_pages;
6373                 freesize = zone->present_pages;
6374
6375                 /*
6376                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6377                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6378                  * and per-cpu initialisations
6379                  */
6380                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6381                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6382                         if (freesize >= memmap_pages) {
6383                                 freesize -= memmap_pages;
6384                                 if (memmap_pages)
6385                                         printk(KERN_DEBUG
6386                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6387                                                zone_names[j], memmap_pages);
6388                         } else
6389                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6390                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6391                 }
6392
6393                 /* Account for reserved pages */
6394                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6395                         freesize -= dma_reserve;
6396                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6397                                         zone_names[0], dma_reserve);
6398                 }
6399
6400                 if (!is_highmem_idx(j))
6401                         nr_kernel_pages += freesize;
6402                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6403                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6404                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6405                 nr_all_pages += freesize;
6406
6407                 /*
6408                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6409                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6410                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6411                  */
6412                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6413
6414                 if (!size)
6415                         continue;
6416
6417                 set_pageblock_order();
6418                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6419                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6420                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6421         }
6422 }
6423
6424 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6425 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6426 {
6427         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6428         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6429
6430         /* Skip empty nodes */
6431         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6432                 return;
6433
6434         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6435         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6436         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6437         if (!pgdat->node_mem_map) {
6438                 unsigned long size, end;
6439                 struct page *map;
6440
6441                 /*
6442                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6443                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6444                  * for the buddy allocator to function correctly.
6445                  */
6446                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6447                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6448                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6449                 map = memblock_alloc_node_nopanic(size, pgdat->node_id);
6450                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6451         }
6452         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6453                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6454                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6455 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6456         /*
6457          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6458          */
6459         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6460                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6461 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6462                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6463                         mem_map -= offset;
6464 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6465         }
6466 #endif
6467 }
6468 #else
6469 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6470 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6471
6472 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6473 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6474 {
6475         /*
6476          * We start only with one section of pages, more pages are added as
6477          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
6478          */
6479         pgdat->static_init_pgcnt = min_t(unsigned long, PAGES_PER_SECTION,
6480                                                 pgdat->node_spanned_pages);
6481         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6482 }
6483 #else
6484 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6485 #endif
6486
6487 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6488                                    unsigned long node_start_pfn,
6489                                    unsigned long *zholes_size)
6490 {
6491         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6492         unsigned long start_pfn = 0;
6493         unsigned long end_pfn = 0;
6494
6495         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6496         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6497
6498         pgdat->node_id = nid;
6499         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6500         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6501 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6502         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6503         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6504                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6505                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6506 #else
6507         start_pfn = node_start_pfn;
6508 #endif
6509         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6510                                   zones_size, zholes_size);
6511
6512         alloc_node_mem_map(pgdat);
6513         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6514
6515         free_area_init_core(pgdat);
6516 }
6517
6518 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6519 /*
6520  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6521  * pages zeroed
6522  */
6523 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6524 {
6525         unsigned long pfn;
6526         u64 pgcnt = 0;
6527
6528         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6529                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6530                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6531                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6532                         continue;
6533                 }
6534                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6535                 pgcnt++;
6536         }
6537
6538         return pgcnt;
6539 }
6540
6541 /*
6542  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6543  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6544  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6545  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6546  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6547  *
6548  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6549  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6550  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6551  * layout is manually configured via memmap=.
6552  */
6553 void __init zero_resv_unavail(void)
6554 {
6555         phys_addr_t start, end;
6556         u64 i, pgcnt;
6557         phys_addr_t next = 0;
6558
6559         /*
6560          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6561          */
6562         pgcnt = 0;
6563         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6564                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6565                 if (next < start)
6566                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6567                 next = end;
6568         }
6569         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6570
6571         /*
6572          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6573          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6574          */
6575         if (pgcnt)
6576                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6577 }
6578 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6579
6580 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6581
6582 #if MAX_NUMNODES > 1
6583 /*
6584  * Figure out the number of possible node ids.
6585  */
6586 void __init setup_nr_node_ids(void)
6587 {
6588         unsigned int highest;
6589
6590         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6591         nr_node_ids = highest + 1;
6592 }
6593 #endif
6594
6595 /**
6596  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6597  *
6598  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6599  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6600  * all the nodes.
6601  *
6602  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6603  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6604  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6605  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6606  *
6607  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6608  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6609  * populated node map.
6610  *
6611  * Returns the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6612  * requirement (single node).
6613  */
6614 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6615 {
6616         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6617         unsigned long start, end, mask;
6618         int last_nid = -1;
6619         int i, nid;
6620
6621         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6622                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6623                         last_nid = nid;
6624                         last_end = end;
6625                         continue;
6626                 }
6627
6628                 /*
6629                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6630                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6631                  * too coarse to separate the current node from the last.
6632                  */
6633                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6634                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6635                         mask <<= 1;
6636
6637                 /* accumulate all internode masks */
6638                 accl_mask |= mask;
6639         }
6640
6641         /* convert mask to number of pages */
6642         return ~accl_mask + 1;
6643 }
6644
6645 /* Find the lowest pfn for a node */
6646 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6647 {
6648         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6649         unsigned long start_pfn;
6650         int i;
6651
6652         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6653                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6654
6655         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6656                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6657                 return 0;
6658         }
6659
6660         return min_pfn;
6661 }
6662
6663 /**
6664  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6665  *
6666  * It returns the minimum PFN based on information provided via
6667  * memblock_set_node().
6668  */
6669 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6670 {
6671         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6672 }
6673
6674 /*
6675  * early_calculate_totalpages()
6676  * Sum pages in active regions for movable zone.
6677  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6678  */
6679 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6680 {
6681         unsigned long totalpages = 0;
6682         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6683         int i, nid;
6684
6685         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6686                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6687
6688                 totalpages += pages;
6689                 if (pages)
6690                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6691         }
6692         return totalpages;
6693 }
6694
6695 /*
6696  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6697  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6698  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6699  * others
6700  */
6701 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6702 {
6703         int i, nid;
6704         unsigned long usable_startpfn;
6705         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
6706         /* save the state before borrow the nodemask */
6707         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
6708         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
6709         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
6710         struct memblock_region *r;
6711
6712         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
6713         find_usable_zone_for_movable();
6714
6715         /*
6716          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
6717          * options.
6718          */
6719         if (movable_node_is_enabled()) {
6720                 for_each_memblock(memory, r) {
6721                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
6722                                 continue;
6723
6724                         nid = r->nid;
6725
6726                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
6727                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6728                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6729                                 usable_startpfn;
6730                 }
6731
6732                 goto out2;
6733         }
6734
6735         /*
6736          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
6737          */
6738         if (mirrored_kernelcore) {
6739                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
6740
6741                 for_each_memblock(memory, r) {
6742                         if (memblock_is_mirror(r))
6743                                 continue;
6744
6745                         nid = r->nid;
6746
6747                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
6748
6749                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
6750                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
6751                                 continue;
6752                         }
6753
6754                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
6755                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
6756                                 usable_startpfn;
6757                 }
6758
6759                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
6760                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
6761
6762                 goto out2;
6763         }
6764
6765         /*
6766          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
6767          * amount of necessary memory.
6768          */
6769         if (required_kernelcore_percent)
6770                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
6771                                        10000UL;
6772         if (required_movablecore_percent)
6773                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
6774                                         10000UL;
6775
6776         /*
6777          * If movablecore= was specified, calculate what size of
6778          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
6779          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
6780          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
6781          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
6782          * what movablecore would have allowed.
6783          */
6784         if (required_movablecore) {
6785                 unsigned long corepages;
6786
6787                 /*
6788                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
6789                  * was requested by the user
6790                  */
6791                 required_movablecore =
6792                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6793                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
6794                 corepages = totalpages - required_movablecore;
6795
6796                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
6797         }
6798
6799         /*
6800          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
6801          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
6802          */
6803         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
6804                 goto out;
6805
6806         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
6807         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
6808
6809 restart:
6810         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
6811         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6812         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
6813                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6814
6815                 /*
6816                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
6817                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
6818                  * amount of memory for the kernel
6819                  */
6820                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
6821                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
6822
6823                 /*
6824                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
6825                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
6826                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
6827                  */
6828                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
6829
6830                 /* Go through each range of PFNs within this node */
6831                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6832                         unsigned long size_pages;
6833
6834                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
6835                         if (start_pfn >= end_pfn)
6836                                 continue;
6837
6838                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
6839                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
6840                                 unsigned long kernel_pages;
6841                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
6842                                                                 - start_pfn;
6843
6844                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
6845                                                         kernelcore_remaining);
6846                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
6847                                                         required_kernelcore);
6848
6849                                 /* Continue if range is now fully accounted */
6850                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
6851
6852                                         /*
6853                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
6854                                          * that if we have to rebalance
6855                                          * kernelcore across nodes, we will
6856                                          * not double account here
6857                                          */
6858                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
6859                                         continue;
6860                                 }
6861                                 start_pfn = usable_startpfn;
6862                         }
6863
6864                         /*
6865                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
6866                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
6867                          * number of pages used as kernelcore
6868                          */
6869                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
6870                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
6871                                 size_pages = kernelcore_remaining;
6872                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
6873
6874                         /*
6875                          * Some kernelcore has been met, update counts and
6876                          * break if the kernelcore for this node has been
6877                          * satisfied
6878                          */
6879                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
6880                                                                 size_pages);
6881                         kernelcore_remaining -= size_pages;
6882                         if (!kernelcore_remaining)
6883                                 break;
6884                 }
6885         }
6886
6887         /*
6888          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
6889          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
6890          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
6891          * satisfied
6892          */
6893         usable_nodes--;
6894         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
6895                 goto restart;
6896
6897 out2:
6898         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
6899         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
6900                 zone_movable_pfn[nid] =
6901                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
6902
6903 out:
6904         /* restore the node_state */
6905         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
6906 }
6907
6908 /* Any regular or high memory on that node ? */
6909 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
6910 {
6911         enum zone_type zone_type;
6912
6913         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
6914                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
6915                 if (populated_zone(zone)) {
6916                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
6917                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
6918                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
6919                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
6920                         break;
6921                 }
6922         }
6923 }
6924
6925 /**
6926  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
6927  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
6928  *
6929  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
6930  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
6931  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
6932  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
6933  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
6934  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
6935  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
6936  * at arch_max_dma_pfn.
6937  */
6938 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
6939 {
6940         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6941         int i, nid;
6942
6943         /* Record where the zone boundaries are */
6944         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
6945                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
6946         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
6947                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
6948
6949         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
6950
6951         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6952                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6953                         continue;
6954
6955                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
6956                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
6957                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
6958
6959                 start_pfn = end_pfn;
6960         }
6961
6962         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6963         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
6964         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
6965
6966         /* Print out the zone ranges */
6967         pr_info("Zone ranges:\n");
6968         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6969                 if (i == ZONE_MOVABLE)
6970                         continue;
6971                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
6972                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
6973                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
6974                         pr_cont("empty\n");
6975                 else
6976                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
6977                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
6978                                         << PAGE_SHIFT,
6979                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
6980                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
6981         }
6982
6983         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
6984         pr_info("Movable zone start for each node\n");
6985         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
6986                 if (zone_movable_pfn[i])
6987                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
6988                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
6989         }
6990
6991         /* Print out the early node map */
6992         pr_info("Early memory node ranges\n");
6993         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
6994                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6995                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6996                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
6997
6998         /* Initialise every node */
6999         mminit_verify_pageflags_layout();
7000         setup_nr_node_ids();
7001         zero_resv_unavail();
7002         for_each_online_node(nid) {
7003                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7004                 free_area_init_node(nid, NULL,
7005                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7006
7007                 /* Any memory on that node */
7008                 if (pgdat->node_present_pages)
7009                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7010                 check_for_memory(pgdat, nid);
7011         }
7012 }
7013
7014 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7015                                      unsigned long *percent)
7016 {
7017         unsigned long long coremem;
7018         char *endptr;
7019
7020         if (!p)
7021                 return -EINVAL;
7022
7023         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7024         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7025         if (*endptr == '%') {
7026                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7027                 WARN_ON(coremem > 100);
7028
7029                 *percent = coremem;
7030         } else {
7031                 coremem = memparse(p, &p);
7032                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7033                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7034
7035                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7036                 *percent = 0UL;
7037         }
7038         return 0;
7039 }
7040
7041 /*
7042  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7043  * cannot be reclaimed or migrated.
7044  */
7045 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7046 {
7047         /* parse kernelcore=mirror */
7048         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7049                 mirrored_kernelcore = true;
7050                 return 0;
7051         }
7052
7053         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7054                                   &required_kernelcore_percent);
7055 }
7056
7057 /*
7058  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7059  * can be reclaimed or migrated.
7060  */
7061 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7062 {
7063         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7064                                   &required_movablecore_percent);
7065 }
7066
7067 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7068 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7069
7070 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7071
7072 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7073 {
7074         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7075         totalram_pages_add(count);
7076 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7077         if (PageHighMem(page))
7078                 totalhigh_pages_add(count);
7079 #endif
7080 }
7081 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7082
7083 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, char *s)
7084 {
7085         void *pos;
7086         unsigned long pages = 0;
7087
7088         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7089         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7090         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7091                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7092                 void *direct_map_addr;
7093
7094                 /*
7095                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7096                  * because some architectures' virt_to_page()
7097                  * work with aliases.  Getting the direct map
7098                  * address ensures that we get a _writeable_
7099                  * alias for the memset().
7100                  */
7101                 direct_map_addr = page_address(page);
7102                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7103                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7104
7105                 free_reserved_page(page);
7106         }
7107
7108         if (pages && s)
7109                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7110                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7111
7112         return pages;
7113 }
7114 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_area);
7115
7116 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7117 void free_highmem_page(struct page *page)
7118 {
7119         __free_reserved_page(page);
7120         totalram_pages_inc();
7121         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7122         totalhigh_pages_inc();
7123 }
7124 #endif
7125
7126
7127 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7128 {
7129         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7130         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7131
7132         physpages = get_num_physpages();
7133         codesize = _etext - _stext;
7134         datasize = _edata - _sdata;
7135         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7136         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7137         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7138         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7139
7140         /*
7141          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7142          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7143          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7144          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7145          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7146          */
7147 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7148         do { \
7149                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7150                         size -= adj; \
7151         } while (0)
7152
7153         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7154                      _sinittext, init_code_size);
7155         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7156         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7157         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7158         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7159
7160 #undef  adj_init_size
7161
7162         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7163 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7164                 ", %luK highmem"
7165 #endif
7166                 "%s%s)\n",
7167                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7168                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7169                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7170                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7171                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7172                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7173 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7174                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7175 #endif
7176                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7177 }
7178
7179 /**
7180  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7181  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7182  *
7183  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7184  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7185  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7186  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7187  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7188  * smaller per-cpu batchsize.
7189  */
7190 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7191 {
7192         dma_reserve = new_dma_reserve;
7193 }
7194
7195 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7196 {
7197         zero_resv_unavail();
7198         free_area_init_node(0, zones_size,
7199                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7200 }
7201
7202 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7203 {
7204
7205         lru_add_drain_cpu(cpu);
7206         drain_pages(cpu);
7207
7208         /*
7209          * Spill the event counters of the dead processor
7210          * into the current processors event counters.
7211          * This artificially elevates the count of the current
7212          * processor.
7213          */
7214         vm_events_fold_cpu(cpu);
7215
7216         /*
7217          * Zero the differential counters of the dead processor
7218          * so that the vm statistics are consistent.
7219          *
7220          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7221          * race with what we are doing.
7222          */
7223         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7224         return 0;
7225 }
7226
7227 void __init page_alloc_init(void)
7228 {
7229         int ret;
7230
7231         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7232                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7233                                         page_alloc_cpu_dead);
7234         WARN_ON(ret < 0);
7235 }
7236
7237 /*
7238  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7239  *      or min_free_kbytes changes.
7240  */
7241 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7242 {
7243         struct pglist_data *pgdat;
7244         unsigned long reserve_pages = 0;
7245         enum zone_type i, j;
7246
7247         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7248
7249                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7250
7251                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7252                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7253                         long max = 0;
7254                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7255
7256                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7257                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7258                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7259                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7260                         }
7261
7262                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7263                         max += high_wmark_pages(zone);
7264
7265                         if (max > managed_pages)
7266                                 max = managed_pages;
7267
7268                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7269
7270                         reserve_pages += max;
7271                 }
7272         }
7273         totalreserve_pages = reserve_pages;
7274 }
7275
7276 /*
7277  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7278  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7279  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7280  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7281  */
7282 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7283 {
7284         struct pglist_data *pgdat;
7285         enum zone_type j, idx;
7286
7287         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7288                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7289                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7290                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7291
7292                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7293
7294                         idx = j;
7295                         while (idx) {
7296                                 struct zone *lower_zone;
7297
7298                                 idx--;
7299                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7300
7301                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7302                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7303                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7304                                 } else {
7305                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7306                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7307                                 }
7308                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7309                         }
7310                 }
7311         }
7312
7313         /* update totalreserve_pages */
7314         calculate_totalreserve_pages();
7315 }
7316
7317 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7318 {
7319         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7320         unsigned long lowmem_pages = 0;
7321         struct zone *zone;
7322         unsigned long flags;
7323
7324         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7325         for_each_zone(zone) {
7326                 if (!is_highmem(zone))
7327                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7328         }
7329
7330         for_each_zone(zone) {
7331                 u64 tmp;
7332
7333                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7334                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7335                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7336                 if (is_highmem(zone)) {
7337                         /*
7338                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7339                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7340                          * value here.
7341                          *
7342                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7343                          * deltas control asynch page reclaim, and so should
7344                          * not be capped for highmem.
7345                          */
7346                         unsigned long min_pages;
7347
7348                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7349                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7350                         zone->watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7351                 } else {
7352                         /*
7353                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7354                          * proportionate to the zone's size.
7355                          */
7356                         zone->watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7357                 }
7358
7359                 /*
7360                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7361                  * scale factor in proportion to available memory, but
7362                  * ensure a minimum size on small systems.
7363                  */
7364                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7365                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7366                                       watermark_scale_factor, 10000));
7367
7368                 zone->watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7369                 zone->watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7370
7371                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7372         }
7373
7374         /* update totalreserve_pages */
7375         calculate_totalreserve_pages();
7376 }
7377
7378 /**
7379  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7380  * or when memory is hot-{added|removed}
7381  *
7382  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7383  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7384  */
7385 void setup_per_zone_wmarks(void)
7386 {
7387         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7388
7389         spin_lock(&lock);
7390         __setup_per_zone_wmarks();
7391         spin_unlock(&lock);
7392 }
7393
7394 /*
7395  * Initialise min_free_kbytes.
7396  *
7397  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7398  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7399  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7400  *
7401  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7402  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7403  *
7404  * which yields
7405  *
7406  * 16MB:        512k
7407  * 32MB:        724k
7408  * 64MB:        1024k
7409  * 128MB:       1448k
7410  * 256MB:       2048k
7411  * 512MB:       2896k
7412  * 1024MB:      4096k
7413  * 2048MB:      5792k
7414  * 4096MB:      8192k
7415  * 8192MB:      11584k
7416  * 16384MB:     16384k
7417  */
7418 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7419 {
7420         unsigned long lowmem_kbytes;
7421         int new_min_free_kbytes;
7422
7423         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7424         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7425
7426         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7427                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7428                 if (min_free_kbytes < 128)
7429                         min_free_kbytes = 128;
7430                 if (min_free_kbytes > 65536)
7431                         min_free_kbytes = 65536;
7432         } else {
7433                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7434                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7435         }
7436         setup_per_zone_wmarks();
7437         refresh_zone_stat_thresholds();
7438         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7439
7440 #ifdef CONFIG_NUMA
7441         setup_min_unmapped_ratio();
7442         setup_min_slab_ratio();
7443 #endif
7444
7445         return 0;
7446 }
7447 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7448
7449 /*
7450  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7451  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7452  *      changes.
7453  */
7454 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7455         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7456 {
7457         int rc;
7458
7459         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7460         if (rc)
7461                 return rc;
7462
7463         if (write) {
7464                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7465                 setup_per_zone_wmarks();
7466         }
7467         return 0;
7468 }
7469
7470 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7471         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7472 {
7473         int rc;
7474
7475         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7476         if (rc)
7477                 return rc;
7478
7479         if (write)
7480                 setup_per_zone_wmarks();
7481
7482         return 0;
7483 }
7484
7485 #ifdef CONFIG_NUMA
7486 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7487 {
7488         pg_data_t *pgdat;
7489         struct zone *zone;
7490
7491         for_each_online_pgdat(pgdat)
7492                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7493
7494         for_each_zone(zone)
7495                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7496                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7497 }
7498
7499
7500 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7501         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7502 {
7503         int rc;
7504
7505         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7506         if (rc)
7507                 return rc;
7508
7509         setup_min_unmapped_ratio();
7510
7511         return 0;
7512 }
7513
7514 static void setup_min_slab_ratio(void)
7515 {
7516         pg_data_t *pgdat;
7517         struct zone *zone;
7518
7519         for_each_online_pgdat(pgdat)
7520                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7521
7522         for_each_zone(zone)
7523                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7524                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7525 }
7526
7527 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7528         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7529 {
7530         int rc;
7531
7532         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7533         if (rc)
7534                 return rc;
7535
7536         setup_min_slab_ratio();
7537
7538         return 0;
7539 }
7540 #endif
7541
7542 /*
7543  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7544  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7545  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7546  *
7547  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7548  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7549  * if in function of the boot time zone sizes.
7550  */
7551 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7552         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7553 {
7554         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7555         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7556         return 0;
7557 }
7558
7559 /*
7560  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7561  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7562  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7563  */
7564 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7565         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7566 {
7567         struct zone *zone;
7568         int old_percpu_pagelist_fraction;
7569         int ret;
7570
7571         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7572         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7573
7574         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7575         if (!write || ret < 0)
7576                 goto out;
7577
7578         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7579         if (percpu_pagelist_fraction &&
7580             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7581                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7582                 ret = -EINVAL;
7583                 goto out;
7584         }
7585
7586         /* No change? */
7587         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7588                 goto out;
7589
7590         for_each_populated_zone(zone) {
7591                 unsigned int cpu;
7592
7593                 for_each_possible_cpu(cpu)
7594                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7595                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7596         }
7597 out:
7598         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7599         return ret;
7600 }
7601
7602 #ifdef CONFIG_NUMA
7603 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7604
7605 static int __init set_hashdist(char *str)
7606 {
7607         if (!str)
7608                 return 0;
7609         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7610         return 1;
7611 }
7612 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7613 #endif
7614
7615 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7616 /*
7617  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7618  * is not known to alloc_large_system_hash().
7619  */
7620 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7621 {
7622         return 0;
7623 }
7624 #endif
7625
7626 /*
7627  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7628  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7629  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7630  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7631  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7632  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7633  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7634  */
7635 #if __BITS_PER_LONG > 32
7636 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7637 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7638 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7639 #endif
7640
7641 /*
7642  * allocate a large system hash table from bootmem
7643  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7644  *   quantity of entries
7645  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7646  */
7647 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7648                                      unsigned long bucketsize,
7649                                      unsigned long numentries,
7650                                      int scale,
7651                                      int flags,
7652                                      unsigned int *_hash_shift,
7653                                      unsigned int *_hash_mask,
7654                                      unsigned long low_limit,
7655                                      unsigned long high_limit)
7656 {
7657         unsigned long long max = high_limit;
7658         unsigned long log2qty, size;
7659         void *table = NULL;
7660         gfp_t gfp_flags;
7661
7662         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7663         if (!numentries) {
7664                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7665                 numentries = nr_kernel_pages;
7666                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7667
7668                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7669                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7670                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7671
7672 #if __BITS_PER_LONG > 32
7673                 if (!high_limit) {
7674                         unsigned long adapt;
7675
7676                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7677                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7678                                 scale++;
7679                 }
7680 #endif
7681
7682                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7683                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7684                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7685                 else
7686                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7687
7688                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7689                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7690                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
7691                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
7692                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
7693                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
7694                                 BUG_ON(!numentries);
7695                         }
7696                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
7697                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
7698         }
7699         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
7700
7701         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
7702         if (max == 0) {
7703                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
7704                 do_div(max, bucketsize);
7705         }
7706         max = min(max, 0x80000000ULL);
7707
7708         if (numentries < low_limit)
7709                 numentries = low_limit;
7710         if (numentries > max)
7711                 numentries = max;
7712
7713         log2qty = ilog2(numentries);
7714
7715         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
7716         do {
7717                 size = bucketsize << log2qty;
7718                 if (flags & HASH_EARLY) {
7719                         if (flags & HASH_ZERO)
7720                                 table = memblock_alloc_nopanic(size,
7721                                                                SMP_CACHE_BYTES);
7722                         else
7723                                 table = memblock_alloc_raw(size,
7724                                                            SMP_CACHE_BYTES);
7725                 } else if (hashdist) {
7726                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
7727                 } else {
7728                         /*
7729                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
7730                          * some pages at the end of hash table which
7731                          * alloc_pages_exact() automatically does
7732                          */
7733                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
7734                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
7735                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
7736                         }
7737                 }
7738         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
7739
7740         if (!table)
7741                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
7742
7743         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
7744                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
7745
7746         if (_hash_shift)
7747                 *_hash_shift = log2qty;
7748         if (_hash_mask)
7749                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
7750
7751         return table;
7752 }
7753
7754 /*
7755  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
7756  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
7757  *
7758  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
7759  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
7760  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
7761  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
7762  */
7763 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
7764                          int migratetype, int flags)
7765 {
7766         unsigned long pfn, iter, found;
7767
7768         /*
7769          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
7770          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
7771          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
7772          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
7773          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
7774          */
7775
7776         /*
7777          * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark isolate
7778          * CMA pageblocks even when they are not movable in fact so consider
7779          * them movable here.
7780          */
7781         if (is_migrate_cma(migratetype) &&
7782                         is_migrate_cma(get_pageblock_migratetype(page)))
7783                 return false;
7784
7785         pfn = page_to_pfn(page);
7786         for (found = 0, iter = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
7787                 unsigned long check = pfn + iter;
7788
7789                 if (!pfn_valid_within(check))
7790                         continue;
7791
7792                 page = pfn_to_page(check);
7793
7794                 if (PageReserved(page))
7795                         goto unmovable;
7796
7797                 /*
7798                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
7799                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
7800                  * is movable.
7801                  */
7802                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
7803                         continue;
7804
7805                 /*
7806                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
7807                  * We need not scan over tail pages bacause we don't
7808                  * handle each tail page individually in migration.
7809                  */
7810                 if (PageHuge(page)) {
7811                         struct page *head = compound_head(page);
7812                         unsigned int skip_pages;
7813
7814                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
7815                                 goto unmovable;
7816
7817                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
7818                         iter += skip_pages - 1;
7819                         continue;
7820                 }
7821
7822                 /*
7823                  * We can't use page_count without pin a page
7824                  * because another CPU can free compound page.
7825                  * This check already skips compound tails of THP
7826                  * because their page->_refcount is zero at all time.
7827                  */
7828                 if (!page_ref_count(page)) {
7829                         if (PageBuddy(page))
7830                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
7831                         continue;
7832                 }
7833
7834                 /*
7835                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7836                  * page_count() is not 0.
7837                  */
7838                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
7839                         continue;
7840
7841                 if (__PageMovable(page))
7842                         continue;
7843
7844                 if (!PageLRU(page))
7845                         found++;
7846                 /*
7847                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
7848                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
7849                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
7850                  */
7851                 /*
7852                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
7853                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
7854                  *
7855                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
7856                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
7857                  * page at boot.
7858                  */
7859                 if (found > count)
7860                         goto unmovable;
7861         }
7862         return false;
7863 unmovable:
7864         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
7865         if (flags & REPORT_FAILURE)
7866                 dump_page(pfn_to_page(pfn+iter), "unmovable page");
7867         return true;
7868 }
7869
7870 #if (defined(CONFIG_MEMORY_ISOLATION) && defined(CONFIG_COMPACTION)) || defined(CONFIG_CMA)
7871
7872 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
7873 {
7874         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7875                              pageblock_nr_pages) - 1);
7876 }
7877
7878 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
7879 {
7880         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
7881                                 pageblock_nr_pages));
7882 }
7883
7884 /* [start, end) must belong to a single zone. */
7885 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
7886                                         unsigned long start, unsigned long end)
7887 {
7888         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
7889         unsigned long nr_reclaimed;
7890         unsigned long pfn = start;
7891         unsigned int tries = 0;
7892         int ret = 0;
7893
7894         migrate_prep();
7895
7896         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
7897                 if (fatal_signal_pending(current)) {
7898                         ret = -EINTR;
7899                         break;
7900                 }
7901
7902                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
7903                         cc->nr_migratepages = 0;
7904                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
7905                         if (!pfn) {
7906                                 ret = -EINTR;
7907                                 break;
7908                         }
7909                         tries = 0;
7910                 } else if (++tries == 5) {
7911                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
7912                         break;
7913                 }
7914
7915                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
7916                                                         &cc->migratepages);
7917                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
7918
7919                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
7920                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
7921         }
7922         if (ret < 0) {
7923                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
7924                 return ret;
7925         }
7926         return 0;
7927 }
7928
7929 /**
7930  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
7931  * @start:      start PFN to allocate
7932  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
7933  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
7934  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
7935  *                      in range must have the same migratetype and it must
7936  *                      be either of the two.
7937  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
7938  *
7939  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
7940  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
7941  *
7942  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
7943  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
7944  * be modified by others.
7945  *
7946  * Returns zero on success or negative error code.  On success all
7947  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
7948  * need to be freed with free_contig_range().
7949  */
7950 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
7951                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
7952 {
7953         unsigned long outer_start, outer_end;
7954         unsigned int order;
7955         int ret = 0;
7956
7957         struct compact_control cc = {
7958                 .nr_migratepages = 0,
7959                 .order = -1,
7960                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
7961                 .mode = MIGRATE_SYNC,
7962                 .ignore_skip_hint = true,
7963                 .no_set_skip_hint = true,
7964                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
7965         };
7966         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
7967
7968         /*
7969          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
7970          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
7971          * have different sizes, and due to the way page allocator
7972          * work, we align the range to biggest of the two pages so
7973          * that page allocator won't try to merge buddies from
7974          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
7975          * other migration type.
7976          *
7977          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
7978          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
7979          * we are interested in).  This will put all the pages in
7980          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
7981          *
7982          * When this is done, we take the pages in range from page
7983          * allocator removing them from the buddy system.  This way
7984          * page allocator will never consider using them.
7985          *
7986          * This lets us mark the pageblocks back as
7987          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
7988          * aligned range but not in the unaligned, original range are
7989          * put back to page allocator so that buddy can use them.
7990          */
7991
7992         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
7993                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
7994         if (ret)
7995                 return ret;
7996
7997         /*
7998          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
7999          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8000          * which will report the busy page.
8001          *
8002          * It is possible that busy pages could become available before
8003          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8004          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8005          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8006          */
8007         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8008         if (ret && ret != -EBUSY)
8009                 goto done;
8010         ret =0;
8011
8012         /*
8013          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8014          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8015          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8016          * What we are going to do is to allocate all pages from
8017          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8018          *
8019          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8020          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8021          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8022          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8023          * once this is done free the pages we are not interested in.
8024          *
8025          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8026          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8027          */
8028
8029         lru_add_drain_all();
8030         drain_all_pages(cc.zone);
8031
8032         order = 0;
8033         outer_start = start;
8034         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8035                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8036                         outer_start = start;
8037                         break;
8038                 }
8039                 outer_start &= ~0UL << order;
8040         }
8041
8042         if (outer_start != start) {
8043                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8044
8045                 /*
8046                  * outer_start page could be small order buddy page and
8047                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8048                  * in this case to report failed page properly
8049                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8050                  */
8051                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8052                         outer_start = start;
8053         }
8054
8055         /* Make sure the range is really isolated. */
8056         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8057                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8058                         __func__, outer_start, end);
8059                 ret = -EBUSY;
8060                 goto done;
8061         }
8062
8063         /* Grab isolated pages from freelists. */
8064         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8065         if (!outer_end) {
8066                 ret = -EBUSY;
8067                 goto done;
8068         }
8069
8070         /* Free head and tail (if any) */
8071         if (start != outer_start)
8072                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8073         if (end != outer_end)
8074                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8075
8076 done:
8077         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8078                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8079         return ret;
8080 }
8081
8082 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned nr_pages)
8083 {
8084         unsigned int count = 0;
8085
8086         for (; nr_pages--; pfn++) {
8087                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8088
8089                 count += page_count(page) != 1;
8090                 __free_page(page);
8091         }
8092         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8093 }
8094 #endif
8095
8096 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8097 /*
8098  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8099  * page high values need to be recalulated.
8100  */
8101 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8102 {
8103         unsigned cpu;
8104         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8105         for_each_possible_cpu(cpu)
8106                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8107                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8108         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8109 }
8110 #endif
8111
8112 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8113 {
8114         unsigned long flags;
8115         int cpu;
8116         struct per_cpu_pageset *pset;
8117
8118         /* avoid races with drain_pages()  */
8119         local_irq_save(flags);
8120         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8121                 for_each_online_cpu(cpu) {
8122                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8123                         drain_zonestat(zone, pset);
8124                 }
8125                 free_percpu(zone->pageset);
8126                 zone->pageset = &boot_pageset;
8127         }
8128         local_irq_restore(flags);
8129 }
8130
8131 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8132 /*
8133  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8134  * before calling this.
8135  */
8136 void
8137 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8138 {
8139         struct page *page;
8140         struct zone *zone;
8141         unsigned int order, i;
8142         unsigned long pfn;
8143         unsigned long flags;
8144         /* find the first valid pfn */
8145         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8146                 if (pfn_valid(pfn))
8147                         break;
8148         if (pfn == end_pfn)
8149                 return;
8150         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8151         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8152         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8153         pfn = start_pfn;
8154         while (pfn < end_pfn) {
8155                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8156                         pfn++;
8157                         continue;
8158                 }
8159                 page = pfn_to_page(pfn);
8160                 /*
8161                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8162                  * page_count() is not 0.
8163                  */
8164                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8165                         pfn++;
8166                         SetPageReserved(page);
8167                         continue;
8168                 }
8169
8170                 BUG_ON(page_count(page));
8171                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8172                 order = page_order(page);
8173 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8174                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8175                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8176 #endif
8177                 list_del(&page->lru);
8178                 rmv_page_order(page);
8179                 zone->free_area[order].nr_free--;
8180                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8181                         SetPageReserved((page+i));
8182                 pfn += (1 << order);
8183         }
8184         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8185 }
8186 #endif
8187
8188 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8189 {
8190         struct zone *zone = page_zone(page);
8191         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8192         unsigned long flags;
8193         unsigned int order;
8194
8195         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8196         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8197                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8198
8199                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8200                         break;
8201         }
8202         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8203
8204         return order < MAX_ORDER;
8205 }
8206
8207 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8208 /*
8209  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8210  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8211  * allocation.
8212  */
8213 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8214 {
8215         struct zone *zone = page_zone(page);
8216         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8217         unsigned long flags;
8218         unsigned int order;
8219         bool hwpoisoned = false;
8220
8221         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8222         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8223                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8224
8225                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8226                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8227                                 hwpoisoned = true;
8228                         break;
8229                 }
8230         }
8231         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8232
8233         return hwpoisoned;
8234 }
8235 #endif