]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm/large system hash: clear hashdist when only one node with memory is booted
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/interrupt.h>
23 #include <linux/pagemap.h>
24 #include <linux/jiffies.h>
25 #include <linux/memblock.h>
26 #include <linux/compiler.h>
27 #include <linux/kernel.h>
28 #include <linux/kasan.h>
29 #include <linux/module.h>
30 #include <linux/suspend.h>
31 #include <linux/pagevec.h>
32 #include <linux/blkdev.h>
33 #include <linux/slab.h>
34 #include <linux/ratelimit.h>
35 #include <linux/oom.h>
36 #include <linux/topology.h>
37 #include <linux/sysctl.h>
38 #include <linux/cpu.h>
39 #include <linux/cpuset.h>
40 #include <linux/memory_hotplug.h>
41 #include <linux/nodemask.h>
42 #include <linux/vmalloc.h>
43 #include <linux/vmstat.h>
44 #include <linux/mempolicy.h>
45 #include <linux/memremap.h>
46 #include <linux/stop_machine.h>
47 #include <linux/random.h>
48 #include <linux/sort.h>
49 #include <linux/pfn.h>
50 #include <linux/backing-dev.h>
51 #include <linux/fault-inject.h>
52 #include <linux/page-isolation.h>
53 #include <linux/debugobjects.h>
54 #include <linux/kmemleak.h>
55 #include <linux/compaction.h>
56 #include <trace/events/kmem.h>
57 #include <trace/events/oom.h>
58 #include <linux/prefetch.h>
59 #include <linux/mm_inline.h>
60 #include <linux/migrate.h>
61 #include <linux/hugetlb.h>
62 #include <linux/sched/rt.h>
63 #include <linux/sched/mm.h>
64 #include <linux/page_owner.h>
65 #include <linux/kthread.h>
66 #include <linux/memcontrol.h>
67 #include <linux/ftrace.h>
68 #include <linux/lockdep.h>
69 #include <linux/nmi.h>
70 #include <linux/psi.h>
71
72 #include <asm/sections.h>
73 #include <asm/tlbflush.h>
74 #include <asm/div64.h>
75 #include "internal.h"
76 #include "shuffle.h"
77
78 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
79 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
80 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
81
82 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
83 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
84 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
85 #endif
86
87 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
88
89 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
90 /*
91  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
92  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
93  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
94  * defined in <linux/topology.h>.
95  */
96 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
97 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
98 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
99 #endif
100
101 /* work_structs for global per-cpu drains */
102 struct pcpu_drain {
103         struct zone *zone;
104         struct work_struct work;
105 };
106 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
107 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
108
109 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
110 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
111 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
112 #endif
113
114 /*
115  * Array of node states.
116  */
117 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
118         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
119         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
120 #ifndef CONFIG_NUMA
121         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
122 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
123         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
124 #endif
125         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
126         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
127 #endif  /* NUMA */
128 };
129 EXPORT_SYMBOL(node_states);
130
131 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
132 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
133 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
134 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
135
136 int percpu_pagelist_fraction;
137 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
138
139 /*
140  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
141  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
142  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
143  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
144  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
145  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
146  */
147 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
148 {
149         return page->index;
150 }
151
152 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
153 {
154         page->index = migratetype;
155 }
156
157 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
158 /*
159  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
160  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
161  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
162  * they should always be called with system_transition_mutex held
163  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
164  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
165  * with that modification).
166  */
167
168 static gfp_t saved_gfp_mask;
169
170 void pm_restore_gfp_mask(void)
171 {
172         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
173         if (saved_gfp_mask) {
174                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
175                 saved_gfp_mask = 0;
176         }
177 }
178
179 void pm_restrict_gfp_mask(void)
180 {
181         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
182         WARN_ON(saved_gfp_mask);
183         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
184         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
185 }
186
187 bool pm_suspended_storage(void)
188 {
189         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
190                 return false;
191         return true;
192 }
193 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
194
195 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
196 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
197 #endif
198
199 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
200
201 /*
202  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
203  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
204  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
205  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
206  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
207  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
208  *
209  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
210  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
211  */
212 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
213 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
214         [ZONE_DMA] = 256,
215 #endif
216 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
217         [ZONE_DMA32] = 256,
218 #endif
219         [ZONE_NORMAL] = 32,
220 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
221         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
222 #endif
223         [ZONE_MOVABLE] = 0,
224 };
225
226 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
227 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
228          "DMA",
229 #endif
230 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
231          "DMA32",
232 #endif
233          "Normal",
234 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
235          "HighMem",
236 #endif
237          "Movable",
238 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
239          "Device",
240 #endif
241 };
242
243 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
244         "Unmovable",
245         "Movable",
246         "Reclaimable",
247         "HighAtomic",
248 #ifdef CONFIG_CMA
249         "CMA",
250 #endif
251 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
252         "Isolate",
253 #endif
254 };
255
256 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
257         NULL,
258         free_compound_page,
259 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
260         free_huge_page,
261 #endif
262 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
263         free_transhuge_page,
264 #endif
265 };
266
267 int min_free_kbytes = 1024;
268 int user_min_free_kbytes = -1;
269 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
270 /*
271  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
272  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
273  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
274  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
275  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
276  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
277  * fragmentation avoidance.
278  */
279 int watermark_boost_factor __read_mostly;
280 #else
281 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
282 #endif
283 int watermark_scale_factor = 10;
284
285 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
286 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
287 static unsigned long dma_reserve __initdata;
288
289 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
290 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
291 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
292 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
293 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
294 static unsigned long required_movablecore __initdata;
295 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
296 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
297 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
298
299 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
300 int movable_zone;
301 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
302 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
303
304 #if MAX_NUMNODES > 1
305 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
306 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
307 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
308 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
309 #endif
310
311 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
312
313 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
314 /*
315  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
316  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
317  * and we can permanently disable that path.
318  */
319 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
320
321 /*
322  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
323  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
324  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
325  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
326  *
327  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
328  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
329  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
330  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
331  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
332  * initialization is done, but this is not likely to happen.
333  */
334 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
335 {
336         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
337                 kasan_free_pages(page, order);
338 }
339
340 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
341 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
342 {
343         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
344
345         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
346                 return true;
347
348         return false;
349 }
350
351 /*
352  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
353  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
354  */
355 static bool __meminit
356 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
357 {
358         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
359
360         /*
361          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
362          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
363          */
364         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
365                 prev_end_pfn = end_pfn;
366                 nr_initialised = 0;
367         }
368
369         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
370         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
371                 return false;
372
373         /*
374          * We start only with one section of pages, more pages are added as
375          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
376          */
377         nr_initialised++;
378         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
379             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
380                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
381                 return true;
382         }
383         return false;
384 }
385 #else
386 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
387
388 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
389 {
390         return false;
391 }
392
393 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
394 {
395         return false;
396 }
397 #endif
398
399 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
400 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
401                                                         unsigned long pfn)
402 {
403 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
404         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
405 #else
406         return page_zone(page)->pageblock_flags;
407 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
408 }
409
410 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
411 {
412 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
413         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
414         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
415 #else
416         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
417         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
418 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
419 }
420
421 /**
422  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
423  * @page: The page within the block of interest
424  * @pfn: The target page frame number
425  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
426  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
427  *
428  * Return: pageblock_bits flags
429  */
430 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
431                                         unsigned long pfn,
432                                         unsigned long end_bitidx,
433                                         unsigned long mask)
434 {
435         unsigned long *bitmap;
436         unsigned long bitidx, word_bitidx;
437         unsigned long word;
438
439         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
440         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
441         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
442         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
443
444         word = bitmap[word_bitidx];
445         bitidx += end_bitidx;
446         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
447 }
448
449 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
450                                         unsigned long end_bitidx,
451                                         unsigned long mask)
452 {
453         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
454 }
455
456 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
457 {
458         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
459 }
460
461 /**
462  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
463  * @page: The page within the block of interest
464  * @flags: The flags to set
465  * @pfn: The target page frame number
466  * @end_bitidx: The last bit of interest
467  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
468  */
469 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
470                                         unsigned long pfn,
471                                         unsigned long end_bitidx,
472                                         unsigned long mask)
473 {
474         unsigned long *bitmap;
475         unsigned long bitidx, word_bitidx;
476         unsigned long old_word, word;
477
478         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
479         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
480
481         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
482         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
483         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
484         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
485
486         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
487
488         bitidx += end_bitidx;
489         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
490         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
491
492         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
493         for (;;) {
494                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
495                 if (word == old_word)
496                         break;
497                 word = old_word;
498         }
499 }
500
501 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
502 {
503         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
504                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
505                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
506
507         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
508                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
509 }
510
511 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
512 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
513 {
514         int ret = 0;
515         unsigned seq;
516         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
517         unsigned long sp, start_pfn;
518
519         do {
520                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
521                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
522                 sp = zone->spanned_pages;
523                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
524                         ret = 1;
525         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
526
527         if (ret)
528                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
529                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
530                         start_pfn, start_pfn + sp);
531
532         return ret;
533 }
534
535 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
536 {
537         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
538                 return 0;
539         if (zone != page_zone(page))
540                 return 0;
541
542         return 1;
543 }
544 /*
545  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
546  */
547 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
548 {
549         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
550                 return 1;
551         if (!page_is_consistent(zone, page))
552                 return 1;
553
554         return 0;
555 }
556 #else
557 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
558 {
559         return 0;
560 }
561 #endif
562
563 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
564                 unsigned long bad_flags)
565 {
566         static unsigned long resume;
567         static unsigned long nr_shown;
568         static unsigned long nr_unshown;
569
570         /*
571          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
572          * or allow a steady drip of one report per second.
573          */
574         if (nr_shown == 60) {
575                 if (time_before(jiffies, resume)) {
576                         nr_unshown++;
577                         goto out;
578                 }
579                 if (nr_unshown) {
580                         pr_alert(
581                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
582                                 nr_unshown);
583                         nr_unshown = 0;
584                 }
585                 nr_shown = 0;
586         }
587         if (nr_shown++ == 0)
588                 resume = jiffies + 60 * HZ;
589
590         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
591                 current->comm, page_to_pfn(page));
592         __dump_page(page, reason);
593         bad_flags &= page->flags;
594         if (bad_flags)
595                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
596                                                 bad_flags, &bad_flags);
597         dump_page_owner(page);
598
599         print_modules();
600         dump_stack();
601 out:
602         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
603         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
604         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
605 }
606
607 /*
608  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
609  *
610  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
611  *
612  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
613  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
614  *
615  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
616  * page destructors. See compound_page_dtors.
617  *
618  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
619  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
620  */
621
622 void free_compound_page(struct page *page)
623 {
624         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
625 }
626
627 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
628 {
629         int i;
630         int nr_pages = 1 << order;
631
632         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
633         set_compound_order(page, order);
634         __SetPageHead(page);
635         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
636                 struct page *p = page + i;
637                 set_page_count(p, 0);
638                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
639                 set_compound_head(p, page);
640         }
641         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
642 }
643
644 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
645 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
646
647 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT
648 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(_debug_pagealloc_enabled);
649 #else
650 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
651 #endif
652 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
653
654 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
655
656 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
657 {
658         bool enable = false;
659
660         if (kstrtobool(buf, &enable))
661                 return -EINVAL;
662
663         if (enable)
664                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
665
666         return 0;
667 }
668 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
669
670 static void init_debug_guardpage(void)
671 {
672         if (!debug_pagealloc_enabled())
673                 return;
674
675         if (!debug_guardpage_minorder())
676                 return;
677
678         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
679 }
680
681 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
682 {
683         unsigned long res;
684
685         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
686                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
687                 return 0;
688         }
689         _debug_guardpage_minorder = res;
690         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
691         return 0;
692 }
693 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
694
695 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
696                                 unsigned int order, int migratetype)
697 {
698         if (!debug_guardpage_enabled())
699                 return false;
700
701         if (order >= debug_guardpage_minorder())
702                 return false;
703
704         __SetPageGuard(page);
705         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
706         set_page_private(page, order);
707         /* Guard pages are not available for any usage */
708         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
709
710         return true;
711 }
712
713 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
714                                 unsigned int order, int migratetype)
715 {
716         if (!debug_guardpage_enabled())
717                 return;
718
719         __ClearPageGuard(page);
720
721         set_page_private(page, 0);
722         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
723                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
724 }
725 #else
726 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
727                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
728 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
729                                 unsigned int order, int migratetype) {}
730 #endif
731
732 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
733 {
734         set_page_private(page, order);
735         __SetPageBuddy(page);
736 }
737
738 /*
739  * This function checks whether a page is free && is the buddy
740  * we can coalesce a page and its buddy if
741  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
742  * (b) the buddy is in the buddy system &&
743  * (c) a page and its buddy have the same order &&
744  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
745  *
746  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
747  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
748  *
749  * For recording page's order, we use page_private(page).
750  */
751 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
752                                                         unsigned int order)
753 {
754         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
755                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
756                         return 0;
757
758                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
759
760                 return 1;
761         }
762
763         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
764                 /*
765                  * zone check is done late to avoid uselessly
766                  * calculating zone/node ids for pages that could
767                  * never merge.
768                  */
769                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
770                         return 0;
771
772                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
773
774                 return 1;
775         }
776         return 0;
777 }
778
779 #ifdef CONFIG_COMPACTION
780 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
781 {
782         struct capture_control *capc = current->capture_control;
783
784         return capc &&
785                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
786                 !capc->page &&
787                 capc->cc->zone == zone &&
788                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
789 }
790
791 static inline bool
792 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
793                    int order, int migratetype)
794 {
795         if (!capc || order != capc->cc->order)
796                 return false;
797
798         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
799         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
800             is_migrate_isolate(migratetype))
801                 return false;
802
803         /*
804          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
805          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
806          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
807          * have trouble finding a high-order free page.
808          */
809         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
810                 return false;
811
812         capc->page = page;
813         return true;
814 }
815
816 #else
817 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
818 {
819         return NULL;
820 }
821
822 static inline bool
823 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
824                    int order, int migratetype)
825 {
826         return false;
827 }
828 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
829
830 /*
831  * Freeing function for a buddy system allocator.
832  *
833  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
834  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
835  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
836  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
837  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
838  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
839  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
840  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
841  * parts of the VM system.
842  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
843  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
844  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
845  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
846  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
847  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
848  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
849  * triggers coalescing into a block of larger size.
850  *
851  * -- nyc
852  */
853
854 static inline void __free_one_page(struct page *page,
855                 unsigned long pfn,
856                 struct zone *zone, unsigned int order,
857                 int migratetype)
858 {
859         unsigned long combined_pfn;
860         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
861         struct page *buddy;
862         unsigned int max_order;
863         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
864
865         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
866
867         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
868         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
869
870         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
871         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
872                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
873
874         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
875         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
876
877 continue_merging:
878         while (order < max_order - 1) {
879                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
880                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
881                                                                 migratetype);
882                         return;
883                 }
884                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
885                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
886
887                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
888                         goto done_merging;
889                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
890                         goto done_merging;
891                 /*
892                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
893                  * merge with it and move up one order.
894                  */
895                 if (page_is_guard(buddy))
896                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
897                 else
898                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
899                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
900                 page = page + (combined_pfn - pfn);
901                 pfn = combined_pfn;
902                 order++;
903         }
904         if (max_order < MAX_ORDER) {
905                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
906                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
907                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
908                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
909                  *
910                  * We don't want to hit this code for the more frequent
911                  * low-order merging.
912                  */
913                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
914                         int buddy_mt;
915
916                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
917                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
918                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
919
920                         if (migratetype != buddy_mt
921                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
922                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
923                                 goto done_merging;
924                 }
925                 max_order++;
926                 goto continue_merging;
927         }
928
929 done_merging:
930         set_page_order(page, order);
931
932         /*
933          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
934          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
935          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
936          * that is happening, add the free page to the tail of the list
937          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
938          * as a higher order page
939          */
940         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
941                         && !is_shuffle_order(order)) {
942                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
943                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
944                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
945                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
946                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
947                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
948                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
949                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
950                                               migratetype);
951                         return;
952                 }
953         }
954
955         if (is_shuffle_order(order))
956                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
957                                 migratetype);
958         else
959                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
960
961 }
962
963 /*
964  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
965  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
966  * check if necessary.
967  */
968 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
969                                         unsigned long check_flags)
970 {
971         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
972                 return false;
973
974         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
975                         page_ref_count(page) |
976 #ifdef CONFIG_MEMCG
977                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
978 #endif
979                         (page->flags & check_flags)))
980                 return false;
981
982         return true;
983 }
984
985 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
986 {
987         const char *bad_reason;
988         unsigned long bad_flags;
989
990         bad_reason = NULL;
991         bad_flags = 0;
992
993         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
994                 bad_reason = "nonzero mapcount";
995         if (unlikely(page->mapping != NULL))
996                 bad_reason = "non-NULL mapping";
997         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
998                 bad_reason = "nonzero _refcount";
999         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1000                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1001                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1002         }
1003 #ifdef CONFIG_MEMCG
1004         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1005                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1006 #endif
1007         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1008 }
1009
1010 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1011 {
1012         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1013                 return 0;
1014
1015         /* Something has gone sideways, find it */
1016         free_pages_check_bad(page);
1017         return 1;
1018 }
1019
1020 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1021 {
1022         int ret = 1;
1023
1024         /*
1025          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1026          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1027          */
1028         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1029
1030         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1031                 ret = 0;
1032                 goto out;
1033         }
1034         switch (page - head_page) {
1035         case 1:
1036                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1037                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1038                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1039                         goto out;
1040                 }
1041                 break;
1042         case 2:
1043                 /*
1044                  * the second tail page: ->mapping is
1045                  * deferred_list.next -- ignore value.
1046                  */
1047                 break;
1048         default:
1049                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1050                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1051                         goto out;
1052                 }
1053                 break;
1054         }
1055         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1056                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1057                 goto out;
1058         }
1059         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1060                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1061                 goto out;
1062         }
1063         ret = 0;
1064 out:
1065         page->mapping = NULL;
1066         clear_compound_head(page);
1067         return ret;
1068 }
1069
1070 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1071                                         unsigned int order, bool check_free)
1072 {
1073         int bad = 0;
1074
1075         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1076
1077         trace_mm_page_free(page, order);
1078
1079         /*
1080          * Check tail pages before head page information is cleared to
1081          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1082          */
1083         if (unlikely(order)) {
1084                 bool compound = PageCompound(page);
1085                 int i;
1086
1087                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1088
1089                 if (compound)
1090                         ClearPageDoubleMap(page);
1091                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1092                         if (compound)
1093                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1094                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1095                                 bad++;
1096                                 continue;
1097                         }
1098                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1099                 }
1100         }
1101         if (PageMappingFlags(page))
1102                 page->mapping = NULL;
1103         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1104                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1105         if (check_free)
1106                 bad += free_pages_check(page);
1107         if (bad)
1108                 return false;
1109
1110         page_cpupid_reset_last(page);
1111         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1112         reset_page_owner(page, order);
1113
1114         if (!PageHighMem(page)) {
1115                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1116                                            PAGE_SIZE << order);
1117                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1118                                            PAGE_SIZE << order);
1119         }
1120         arch_free_page(page, order);
1121         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1122         if (debug_pagealloc_enabled())
1123                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1124
1125         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1126
1127         return true;
1128 }
1129
1130 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1131 /*
1132  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked immediately when being freed
1133  * to pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are also rechecked when
1134  * moved from pcp lists to free lists.
1135  */
1136 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1137 {
1138         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1139 }
1140
1141 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1142 {
1143         if (debug_pagealloc_enabled())
1144                 return free_pages_check(page);
1145         else
1146                 return false;
1147 }
1148 #else
1149 /*
1150  * With DEBUG_VM disabled, order-0 pages being freed are checked only when
1151  * moving from pcp lists to free list in order to reduce overhead. With
1152  * debug_pagealloc enabled, they are checked also immediately when being freed
1153  * to the pcp lists.
1154  */
1155 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1156 {
1157         if (debug_pagealloc_enabled())
1158                 return free_pages_prepare(page, 0, true);
1159         else
1160                 return free_pages_prepare(page, 0, false);
1161 }
1162
1163 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1164 {
1165         return free_pages_check(page);
1166 }
1167 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1168
1169 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1170 {
1171         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1172         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1173         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1174
1175         prefetch(buddy);
1176 }
1177
1178 /*
1179  * Frees a number of pages from the PCP lists
1180  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1181  * count is the number of pages to free.
1182  *
1183  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1184  * see if this freeing clears that state.
1185  *
1186  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1187  * pinned" detection logic.
1188  */
1189 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1190                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1191 {
1192         int migratetype = 0;
1193         int batch_free = 0;
1194         int prefetch_nr = 0;
1195         bool isolated_pageblocks;
1196         struct page *page, *tmp;
1197         LIST_HEAD(head);
1198
1199         while (count) {
1200                 struct list_head *list;
1201
1202                 /*
1203                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1204                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1205                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1206                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1207                  * lists
1208                  */
1209                 do {
1210                         batch_free++;
1211                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1212                                 migratetype = 0;
1213                         list = &pcp->lists[migratetype];
1214                 } while (list_empty(list));
1215
1216                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1217                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1218                         batch_free = count;
1219
1220                 do {
1221                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1222                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1223                         list_del(&page->lru);
1224                         pcp->count--;
1225
1226                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1227                                 continue;
1228
1229                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1230
1231                         /*
1232                          * We are going to put the page back to the global
1233                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1234                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1235                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1236                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1237                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1238                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1239                          */
1240                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1241                                 prefetch_buddy(page);
1242                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1243         }
1244
1245         spin_lock(&zone->lock);
1246         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1247
1248         /*
1249          * Use safe version since after __free_one_page(),
1250          * page->lru.next will not point to original list.
1251          */
1252         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1253                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1254                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1255                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1256                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1257                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1258                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1259
1260                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1261                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1262         }
1263         spin_unlock(&zone->lock);
1264 }
1265
1266 static void free_one_page(struct zone *zone,
1267                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1268                                 unsigned int order,
1269                                 int migratetype)
1270 {
1271         spin_lock(&zone->lock);
1272         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1273                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1274                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1275         }
1276         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1277         spin_unlock(&zone->lock);
1278 }
1279
1280 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1281                                 unsigned long zone, int nid)
1282 {
1283         mm_zero_struct_page(page);
1284         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1285         init_page_count(page);
1286         page_mapcount_reset(page);
1287         page_cpupid_reset_last(page);
1288         page_kasan_tag_reset(page);
1289
1290         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1291 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1292         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1293         if (!is_highmem_idx(zone))
1294                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1295 #endif
1296 }
1297
1298 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1299 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1300 {
1301         pg_data_t *pgdat;
1302         int nid, zid;
1303
1304         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1305                 return;
1306
1307         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1308         pgdat = NODE_DATA(nid);
1309
1310         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1311                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1312
1313                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1314                         break;
1315         }
1316         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1317 }
1318 #else
1319 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1320 {
1321 }
1322 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1323
1324 /*
1325  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1326  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1327  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1328  * sent to the buddy page allocator.
1329  */
1330 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1331 {
1332         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1333         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1334
1335         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1336                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1337                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1338
1339                         init_reserved_page(start_pfn);
1340
1341                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1342                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1343
1344                         /*
1345                          * no need for atomic set_bit because the struct
1346                          * page is not visible yet so nobody should
1347                          * access it yet.
1348                          */
1349                         __SetPageReserved(page);
1350                 }
1351         }
1352 }
1353
1354 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1355 {
1356         unsigned long flags;
1357         int migratetype;
1358         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1359
1360         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1361                 return;
1362
1363         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1364         local_irq_save(flags);
1365         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1366         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1367         local_irq_restore(flags);
1368 }
1369
1370 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1371 {
1372         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1373         struct page *p = page;
1374         unsigned int loop;
1375
1376         prefetchw(p);
1377         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1378                 prefetchw(p + 1);
1379                 __ClearPageReserved(p);
1380                 set_page_count(p, 0);
1381         }
1382         __ClearPageReserved(p);
1383         set_page_count(p, 0);
1384
1385         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1386         set_page_refcounted(page);
1387         __free_pages(page, order);
1388 }
1389
1390 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1391         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1392
1393 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1394
1395 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1396 {
1397         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1398         int nid;
1399
1400         spin_lock(&early_pfn_lock);
1401         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1402         if (nid < 0)
1403                 nid = first_online_node;
1404         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1405
1406         return nid;
1407 }
1408 #endif
1409
1410 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1411 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1412 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1413 {
1414         int nid;
1415
1416         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1417         if (nid >= 0 && nid != node)
1418                 return false;
1419         return true;
1420 }
1421
1422 #else
1423 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1424 {
1425         return true;
1426 }
1427 #endif
1428
1429
1430 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1431                                                         unsigned int order)
1432 {
1433         if (early_page_uninitialised(pfn))
1434                 return;
1435         __free_pages_core(page, order);
1436 }
1437
1438 /*
1439  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1440  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1441  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1442  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1443  * pageblocks.
1444  *
1445  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1446  *
1447  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1448  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1449  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1450  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1451  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1452  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1453  * page in a pageblock.
1454  */
1455 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1456                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1457 {
1458         struct page *start_page;
1459         struct page *end_page;
1460
1461         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1462         end_pfn--;
1463
1464         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1465                 return NULL;
1466
1467         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1468         if (!start_page)
1469                 return NULL;
1470
1471         if (page_zone(start_page) != zone)
1472                 return NULL;
1473
1474         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1475
1476         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1477         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1478                 return NULL;
1479
1480         return start_page;
1481 }
1482
1483 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1484 {
1485         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1486         unsigned long block_end_pfn;
1487
1488         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1489         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1490                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1491                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1492
1493                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1494
1495                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1496                                              block_end_pfn, zone))
1497                         return;
1498         }
1499
1500         /* We confirm that there is no hole */
1501         zone->contiguous = true;
1502 }
1503
1504 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1505 {
1506         zone->contiguous = false;
1507 }
1508
1509 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1510 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1511                                        unsigned long nr_pages)
1512 {
1513         struct page *page;
1514         unsigned long i;
1515
1516         if (!nr_pages)
1517                 return;
1518
1519         page = pfn_to_page(pfn);
1520
1521         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1522         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1523             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1524                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1525                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1526                 return;
1527         }
1528
1529         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1530                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1531                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1532                 __free_pages_core(page, 0);
1533         }
1534 }
1535
1536 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1537 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1538 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1539
1540 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1541 {
1542         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1543                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1544 }
1545
1546 /*
1547  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1548  *
1549  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1550  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1551  * function is optimized out.
1552  *
1553  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1554  * of the head pfn.
1555  */
1556 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1557 {
1558         if (!pfn_valid_within(pfn))
1559                 return false;
1560         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1561                 return false;
1562         return true;
1563 }
1564
1565 /*
1566  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1567  * pageblock_nr_pages sizes.
1568  */
1569 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1570                                        unsigned long end_pfn)
1571 {
1572         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1573         unsigned long nr_free = 0;
1574
1575         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1576                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1577                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1578                         nr_free = 0;
1579                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1580                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1581                         nr_free = 1;
1582                         touch_nmi_watchdog();
1583                 } else {
1584                         nr_free++;
1585                 }
1586         }
1587         /* Free the last block of pages to allocator */
1588         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1589 }
1590
1591 /*
1592  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1593  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1594  * Return number of pages initialized.
1595  */
1596 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1597                                                  unsigned long pfn,
1598                                                  unsigned long end_pfn)
1599 {
1600         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1601         int nid = zone_to_nid(zone);
1602         unsigned long nr_pages = 0;
1603         int zid = zone_idx(zone);
1604         struct page *page = NULL;
1605
1606         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1607                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1608                         page = NULL;
1609                         continue;
1610                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1611                         page = pfn_to_page(pfn);
1612                         touch_nmi_watchdog();
1613                 } else {
1614                         page++;
1615                 }
1616                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1617                 nr_pages++;
1618         }
1619         return (nr_pages);
1620 }
1621
1622 /*
1623  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1624  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1625  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1626  * return false indicating there are no valid ranges left.
1627  */
1628 static bool __init
1629 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1630                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1631                                     unsigned long first_init_pfn)
1632 {
1633         u64 j;
1634
1635         /*
1636          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1637          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1638          * so we just need to flush them out of the system.
1639          */
1640         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1641                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1642                         continue;
1643                 if (*spfn < first_init_pfn)
1644                         *spfn = first_init_pfn;
1645                 *i = j;
1646                 return true;
1647         }
1648
1649         return false;
1650 }
1651
1652 /*
1653  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1654  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1655  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1656  * page in __free_one_page()).
1657  *
1658  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1659  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1660  * any issues with the buddy page computation.
1661  */
1662 static unsigned long __init
1663 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1664                        unsigned long *end_pfn)
1665 {
1666         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1667         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1668         unsigned long nr_pages = 0;
1669         u64 j = *i;
1670
1671         /* First we loop through and initialize the page values */
1672         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1673                 unsigned long t;
1674
1675                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1676                         break;
1677
1678                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1679                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1680
1681                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1682                         *start_pfn = mo_pfn;
1683                         break;
1684                 }
1685         }
1686
1687         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1688         swap(j, *i);
1689
1690         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1691                 unsigned long t;
1692
1693                 if (mo_pfn <= spfn)
1694                         break;
1695
1696                 t = min(mo_pfn, epfn);
1697                 deferred_free_pages(spfn, t);
1698
1699                 if (mo_pfn <= epfn)
1700                         break;
1701         }
1702
1703         return nr_pages;
1704 }
1705
1706 /* Initialise remaining memory on a node */
1707 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1708 {
1709         pg_data_t *pgdat = data;
1710         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1711         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1712         unsigned long first_init_pfn, flags;
1713         unsigned long start = jiffies;
1714         struct zone *zone;
1715         int zid;
1716         u64 i;
1717
1718         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1719         if (!cpumask_empty(cpumask))
1720                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1721
1722         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1723         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1724         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1725                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1726                 pgdat_init_report_one_done();
1727                 return 0;
1728         }
1729
1730         /* Sanity check boundaries */
1731         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1732         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1733         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1734
1735         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1736         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1737                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1738                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1739                         break;
1740         }
1741
1742         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1743         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1744                                                  first_init_pfn))
1745                 goto zone_empty;
1746
1747         /*
1748          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1749          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1750          * allocator.
1751          */
1752         while (spfn < epfn)
1753                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1754 zone_empty:
1755         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1756
1757         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1758         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1759
1760         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1761                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1762
1763         pgdat_init_report_one_done();
1764         return 0;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1769  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1770  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1771  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1772  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1773  *
1774  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1775  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1776  * enough pages to satisfy the allocation.
1777  *
1778  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1779  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1780  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1781  */
1782 static noinline bool __init
1783 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1784 {
1785         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1786         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1787         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1788         unsigned long spfn, epfn, flags;
1789         unsigned long nr_pages = 0;
1790         u64 i;
1791
1792         /* Only the last zone may have deferred pages */
1793         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1794                 return false;
1795
1796         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1797
1798         /*
1799          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1800          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1801          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1802          * has this static branch.
1803          */
1804         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1805                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1806                 return true;
1807         }
1808
1809         /*
1810          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1811          * true, as there might be enough pages already.
1812          */
1813         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1814                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1815                 return true;
1816         }
1817
1818         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1819         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1820                                                  first_deferred_pfn)) {
1821                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1822                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1823                 /* Retry only once. */
1824                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1825         }
1826
1827         /*
1828          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1829          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1830          * allocator.
1831          */
1832         while (spfn < epfn) {
1833                 /* update our first deferred PFN for this section */
1834                 first_deferred_pfn = spfn;
1835
1836                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1837
1838                 /* We should only stop along section boundaries */
1839                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1840                         continue;
1841
1842                 /* If our quota has been met we can stop here */
1843                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1844                         break;
1845         }
1846
1847         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1848         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1849
1850         return nr_pages > 0;
1851 }
1852
1853 /*
1854  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1855  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1856  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1857  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1858  */
1859 static bool __ref
1860 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1861 {
1862         return deferred_grow_zone(zone, order);
1863 }
1864
1865 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1866
1867 void __init page_alloc_init_late(void)
1868 {
1869         struct zone *zone;
1870         int nid;
1871
1872 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1873
1874         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1875         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1876         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1877                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1878         }
1879
1880         /* Block until all are initialised */
1881         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1882
1883         /*
1884          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1885          * on-demand struct page initialization.
1886          */
1887         static_branch_disable(&deferred_pages);
1888
1889         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1890         files_maxfiles_init();
1891 #endif
1892
1893         /* Discard memblock private memory */
1894         memblock_discard();
1895
1896         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1897                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1898
1899         for_each_populated_zone(zone)
1900                 set_zone_contiguous(zone);
1901
1902 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
1903         init_debug_guardpage();
1904 #endif
1905 }
1906
1907 #ifdef CONFIG_CMA
1908 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1909 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1910 {
1911         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1912         struct page *p = page;
1913
1914         do {
1915                 __ClearPageReserved(p);
1916                 set_page_count(p, 0);
1917         } while (++p, --i);
1918
1919         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1920
1921         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1922                 i = pageblock_nr_pages;
1923                 p = page;
1924                 do {
1925                         set_page_refcounted(p);
1926                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1927                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1928                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1929         } else {
1930                 set_page_refcounted(page);
1931                 __free_pages(page, pageblock_order);
1932         }
1933
1934         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1935 }
1936 #endif
1937
1938 /*
1939  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1940  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1941  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1942  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1943  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1944  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1945  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1946  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1947  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1948  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1949  *
1950  * -- nyc
1951  */
1952 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1953         int low, int high, struct free_area *area,
1954         int migratetype)
1955 {
1956         unsigned long size = 1 << high;
1957
1958         while (high > low) {
1959                 area--;
1960                 high--;
1961                 size >>= 1;
1962                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1963
1964                 /*
1965                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1966                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1967                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1968                  * pages will stay not present in virtual address space
1969                  */
1970                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1971                         continue;
1972
1973                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
1974                 set_page_order(&page[size], high);
1975         }
1976 }
1977
1978 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1979 {
1980         const char *bad_reason = NULL;
1981         unsigned long bad_flags = 0;
1982
1983         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1984                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1985         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1986                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1987         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1988                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1989         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1990                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1991                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1992                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1993                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1994                 return;
1995         }
1996         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1997                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
1998                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1999         }
2000 #ifdef CONFIG_MEMCG
2001         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2002                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2003 #endif
2004         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2005 }
2006
2007 /*
2008  * This page is about to be returned from the page allocator
2009  */
2010 static inline int check_new_page(struct page *page)
2011 {
2012         if (likely(page_expected_state(page,
2013                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2014                 return 0;
2015
2016         check_new_page_bad(page);
2017         return 1;
2018 }
2019
2020 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2021 {
2022         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2023                 page_poisoning_enabled();
2024 }
2025
2026 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2027 /*
2028  * With DEBUG_VM enabled, order-0 pages are checked for expected state when
2029  * being allocated from pcp lists. With debug_pagealloc also enabled, they are
2030  * also checked when pcp lists are refilled from the free lists.
2031  */
2032 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2033 {
2034         if (debug_pagealloc_enabled())
2035                 return check_new_page(page);
2036         else
2037                 return false;
2038 }
2039
2040 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2041 {
2042         return check_new_page(page);
2043 }
2044 #else
2045 /*
2046  * With DEBUG_VM disabled, free order-0 pages are checked for expected state
2047  * when pcp lists are being refilled from the free lists. With debug_pagealloc
2048  * enabled, they are also checked when being allocated from the pcp lists.
2049  */
2050 static inline bool check_pcp_refill(struct page *page)
2051 {
2052         return check_new_page(page);
2053 }
2054 static inline bool check_new_pcp(struct page *page)
2055 {
2056         if (debug_pagealloc_enabled())
2057                 return check_new_page(page);
2058         else
2059                 return false;
2060 }
2061 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2062
2063 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2064 {
2065         int i;
2066         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2067                 struct page *p = page + i;
2068
2069                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2070                         return true;
2071         }
2072
2073         return false;
2074 }
2075
2076 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2077                                 gfp_t gfp_flags)
2078 {
2079         set_page_private(page, 0);
2080         set_page_refcounted(page);
2081
2082         arch_alloc_page(page, order);
2083         if (debug_pagealloc_enabled())
2084                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2085         kasan_alloc_pages(page, order);
2086         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2087         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2088 }
2089
2090 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2091                                                         unsigned int alloc_flags)
2092 {
2093         int i;
2094
2095         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2096
2097         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
2098                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
2099                         clear_highpage(page + i);
2100
2101         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2102                 prep_compound_page(page, order);
2103
2104         /*
2105          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2106          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2107          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2108          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2109          */
2110         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2111                 set_page_pfmemalloc(page);
2112         else
2113                 clear_page_pfmemalloc(page);
2114 }
2115
2116 /*
2117  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2118  * the smallest available page from the freelists
2119  */
2120 static __always_inline
2121 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2122                                                 int migratetype)
2123 {
2124         unsigned int current_order;
2125         struct free_area *area;
2126         struct page *page;
2127
2128         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2129         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2130                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2131                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2132                 if (!page)
2133                         continue;
2134                 del_page_from_free_area(page, area);
2135                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2136                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2137                 return page;
2138         }
2139
2140         return NULL;
2141 }
2142
2143
2144 /*
2145  * This array describes the order lists are fallen back to when
2146  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2147  */
2148 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2149         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2150         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2151         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2152 #ifdef CONFIG_CMA
2153         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2154 #endif
2155 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2156         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2157 #endif
2158 };
2159
2160 #ifdef CONFIG_CMA
2161 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2162                                         unsigned int order)
2163 {
2164         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2165 }
2166 #else
2167 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2168                                         unsigned int order) { return NULL; }
2169 #endif
2170
2171 /*
2172  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2173  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2174  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2175  */
2176 static int move_freepages(struct zone *zone,
2177                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2178                           int migratetype, int *num_movable)
2179 {
2180         struct page *page;
2181         unsigned int order;
2182         int pages_moved = 0;
2183
2184 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2185         /*
2186          * page_zone is not safe to call in this context when
2187          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2188          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2189          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2190          * grouping pages by mobility
2191          */
2192         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2193                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2194                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2195 #endif
2196         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2197                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2198                         page++;
2199                         continue;
2200                 }
2201
2202                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2203                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2204
2205                 if (!PageBuddy(page)) {
2206                         /*
2207                          * We assume that pages that could be isolated for
2208                          * migration are movable. But we don't actually try
2209                          * isolating, as that would be expensive.
2210                          */
2211                         if (num_movable &&
2212                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2213                                 (*num_movable)++;
2214
2215                         page++;
2216                         continue;
2217                 }
2218
2219                 order = page_order(page);
2220                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2221                 page += 1 << order;
2222                 pages_moved += 1 << order;
2223         }
2224
2225         return pages_moved;
2226 }
2227
2228 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2229                                 int migratetype, int *num_movable)
2230 {
2231         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2232         struct page *start_page, *end_page;
2233
2234         if (num_movable)
2235                 *num_movable = 0;
2236
2237         start_pfn = page_to_pfn(page);
2238         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2239         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2240         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2241         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2242
2243         /* Do not cross zone boundaries */
2244         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2245                 start_page = page;
2246         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2247                 return 0;
2248
2249         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2250                                                                 num_movable);
2251 }
2252
2253 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2254                                         int start_order, int migratetype)
2255 {
2256         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2257
2258         while (nr_pageblocks--) {
2259                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2260                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2261         }
2262 }
2263
2264 /*
2265  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2266  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2267  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2268  *
2269  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2270  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2271  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2272  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2273  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2274  * pageblocks.
2275  */
2276 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2277 {
2278         /*
2279          * Leaving this order check is intended, although there is
2280          * relaxed order check in next check. The reason is that
2281          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2282          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2283          * so could be changed anytime.
2284          */
2285         if (order >= pageblock_order)
2286                 return true;
2287
2288         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2289                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2290                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2291                 page_group_by_mobility_disabled)
2292                 return true;
2293
2294         return false;
2295 }
2296
2297 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2298 {
2299         unsigned long max_boost;
2300
2301         if (!watermark_boost_factor)
2302                 return;
2303
2304         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2305                         watermark_boost_factor, 10000);
2306
2307         /*
2308          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2309          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2310          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2311          * allocations that early means that reclaim is not going
2312          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2313          * boosted watermark resulting in a hang.
2314          */
2315         if (!max_boost)
2316                 return;
2317
2318         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2319
2320         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2321                 max_boost);
2322 }
2323
2324 /*
2325  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2326  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2327  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2328  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2329  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2330  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2331  */
2332 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2333                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2334 {
2335         unsigned int current_order = page_order(page);
2336         struct free_area *area;
2337         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2338         int old_block_type;
2339
2340         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2341
2342         /*
2343          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2344          * highatomic accounting.
2345          */
2346         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2347                 goto single_page;
2348
2349         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2350         if (current_order >= pageblock_order) {
2351                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2352                 goto single_page;
2353         }
2354
2355         /*
2356          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2357          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2358          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2359          */
2360         boost_watermark(zone);
2361         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2362                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2363
2364         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2365         if (!whole_block)
2366                 goto single_page;
2367
2368         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2369                                                 &movable_pages);
2370         /*
2371          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2372          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2373          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2374          */
2375         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2376                 alike_pages = movable_pages;
2377         } else {
2378                 /*
2379                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2380                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2381                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2382                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2383                  * exact migratetype of non-movable pages.
2384                  */
2385                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2386                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2387                                                 - (free_pages + movable_pages);
2388                 else
2389                         alike_pages = 0;
2390         }
2391
2392         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2393         if (!free_pages)
2394                 goto single_page;
2395
2396         /*
2397          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2398          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2399          */
2400         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2401                         page_group_by_mobility_disabled)
2402                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2403
2404         return;
2405
2406 single_page:
2407         area = &zone->free_area[current_order];
2408         move_to_free_area(page, area, start_type);
2409 }
2410
2411 /*
2412  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2413  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2414  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2415  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2416  */
2417 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2418                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2419 {
2420         int i;
2421         int fallback_mt;
2422
2423         if (area->nr_free == 0)
2424                 return -1;
2425
2426         *can_steal = false;
2427         for (i = 0;; i++) {
2428                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2429                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2430                         break;
2431
2432                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2433                         continue;
2434
2435                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2436                         *can_steal = true;
2437
2438                 if (!only_stealable)
2439                         return fallback_mt;
2440
2441                 if (*can_steal)
2442                         return fallback_mt;
2443         }
2444
2445         return -1;
2446 }
2447
2448 /*
2449  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2450  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2451  */
2452 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2453                                 unsigned int alloc_order)
2454 {
2455         int mt;
2456         unsigned long max_managed, flags;
2457
2458         /*
2459          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2460          * Check is race-prone but harmless.
2461          */
2462         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2463         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2464                 return;
2465
2466         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2467
2468         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2469         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2470                 goto out_unlock;
2471
2472         /* Yoink! */
2473         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2474         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2475             && !is_migrate_cma(mt)) {
2476                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2477                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2478                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2479         }
2480
2481 out_unlock:
2482         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2483 }
2484
2485 /*
2486  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2487  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2488  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2489  * to recover from than an OOM.
2490  *
2491  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2492  * pageblock is exhausted.
2493  */
2494 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2495                                                 bool force)
2496 {
2497         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2498         unsigned long flags;
2499         struct zoneref *z;
2500         struct zone *zone;
2501         struct page *page;
2502         int order;
2503         bool ret;
2504
2505         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2506                                                                 ac->nodemask) {
2507                 /*
2508                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2509                  * is really high.
2510                  */
2511                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2512                                         pageblock_nr_pages)
2513                         continue;
2514
2515                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2516                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2517                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2518
2519                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2520                         if (!page)
2521                                 continue;
2522
2523                         /*
2524                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2525                          * we can counter several free pages in a pageblock
2526                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2527                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2528                          * adjust the count once.
2529                          */
2530                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2531                                 /*
2532                                  * It should never happen but changes to
2533                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2534                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2535                                  * while unreserving so be safe and watch for
2536                                  * underflows.
2537                                  */
2538                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2539                                                 pageblock_nr_pages,
2540                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2541                         }
2542
2543                         /*
2544                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2545                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2546                          * is doing the work and needs the pages. More
2547                          * importantly, if the block was always converted to
2548                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2549                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2550                          * may increase.
2551                          */
2552                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2553                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2554                                                                         NULL);
2555                         if (ret) {
2556                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2557                                 return ret;
2558                         }
2559                 }
2560                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2561         }
2562
2563         return false;
2564 }
2565
2566 /*
2567  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2568  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2569  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2570  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2571  *
2572  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2573  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2574  * condition simpler.
2575  */
2576 static __always_inline bool
2577 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2578                                                 unsigned int alloc_flags)
2579 {
2580         struct free_area *area;
2581         int current_order;
2582         int min_order = order;
2583         struct page *page;
2584         int fallback_mt;
2585         bool can_steal;
2586
2587         /*
2588          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2589          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2590          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2591          */
2592         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2593                 min_order = pageblock_order;
2594
2595         /*
2596          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2597          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2598          * would be too costly to do exactly.
2599          */
2600         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2601                                 --current_order) {
2602                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2603                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2604                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2605                 if (fallback_mt == -1)
2606                         continue;
2607
2608                 /*
2609                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2610                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2611                  * steal and split the smallest available page instead of the
2612                  * largest available page, because even if the next movable
2613                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2614                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2615                  */
2616                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2617                                         && current_order > order)
2618                         goto find_smallest;
2619
2620                 goto do_steal;
2621         }
2622
2623         return false;
2624
2625 find_smallest:
2626         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2627                                                         current_order++) {
2628                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2629                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2630                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2631                 if (fallback_mt != -1)
2632                         break;
2633         }
2634
2635         /*
2636          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2637          * when looking for the largest page.
2638          */
2639         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2640
2641 do_steal:
2642         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2643
2644         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2645                                                                 can_steal);
2646
2647         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2648                 start_migratetype, fallback_mt);
2649
2650         return true;
2651
2652 }
2653
2654 /*
2655  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2656  * Call me with the zone->lock already held.
2657  */
2658 static __always_inline struct page *
2659 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2660                                                 unsigned int alloc_flags)
2661 {
2662         struct page *page;
2663
2664 retry:
2665         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2666         if (unlikely(!page)) {
2667                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2668                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2669
2670                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2671                                                                 alloc_flags))
2672                         goto retry;
2673         }
2674
2675         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2676         return page;
2677 }
2678
2679 /*
2680  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2681  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2682  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2683  */
2684 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2685                         unsigned long count, struct list_head *list,
2686                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2687 {
2688         int i, alloced = 0;
2689
2690         spin_lock(&zone->lock);
2691         for (i = 0; i < count; ++i) {
2692                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2693                                                                 alloc_flags);
2694                 if (unlikely(page == NULL))
2695                         break;
2696
2697                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2698                         continue;
2699
2700                 /*
2701                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2702                  * physical page order. The page is added to the tail of
2703                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2704                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2705                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2706                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2707                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2708                  * pages are ordered properly.
2709                  */
2710                 list_add_tail(&page->lru, list);
2711                 alloced++;
2712                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2713                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2714                                               -(1 << order));
2715         }
2716
2717         /*
2718          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2719          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2720          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2721          * pages added to the pcp list.
2722          */
2723         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2724         spin_unlock(&zone->lock);
2725         return alloced;
2726 }
2727
2728 #ifdef CONFIG_NUMA
2729 /*
2730  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2731  * currently executing processor on remote nodes after they have
2732  * expired.
2733  *
2734  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2735  * a single processor.
2736  */
2737 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2738 {
2739         unsigned long flags;
2740         int to_drain, batch;
2741
2742         local_irq_save(flags);
2743         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2744         to_drain = min(pcp->count, batch);
2745         if (to_drain > 0)
2746                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2747         local_irq_restore(flags);
2748 }
2749 #endif
2750
2751 /*
2752  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2753  *
2754  * The processor must either be the current processor and the
2755  * thread pinned to the current processor or a processor that
2756  * is not online.
2757  */
2758 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2759 {
2760         unsigned long flags;
2761         struct per_cpu_pageset *pset;
2762         struct per_cpu_pages *pcp;
2763
2764         local_irq_save(flags);
2765         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2766
2767         pcp = &pset->pcp;
2768         if (pcp->count)
2769                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2770         local_irq_restore(flags);
2771 }
2772
2773 /*
2774  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2775  *
2776  * The processor must either be the current processor and the
2777  * thread pinned to the current processor or a processor that
2778  * is not online.
2779  */
2780 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2781 {
2782         struct zone *zone;
2783
2784         for_each_populated_zone(zone) {
2785                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2786         }
2787 }
2788
2789 /*
2790  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2791  *
2792  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2793  * the single zone's pages.
2794  */
2795 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2796 {
2797         int cpu = smp_processor_id();
2798
2799         if (zone)
2800                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2801         else
2802                 drain_pages(cpu);
2803 }
2804
2805 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2806 {
2807         struct pcpu_drain *drain;
2808
2809         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2810
2811         /*
2812          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2813          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2814          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2815          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2816          * a different one.
2817          */
2818         preempt_disable();
2819         drain_local_pages(drain->zone);
2820         preempt_enable();
2821 }
2822
2823 /*
2824  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2825  *
2826  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2827  *
2828  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2829  */
2830 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2831 {
2832         int cpu;
2833
2834         /*
2835          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2836          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2837          */
2838         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2839
2840         /*
2841          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2842          * initialized.
2843          */
2844         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2845                 return;
2846
2847         /*
2848          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2849          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2850          * the drain to be complete when the call returns.
2851          */
2852         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2853                 if (!zone)
2854                         return;
2855                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2856         }
2857
2858         /*
2859          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2860          * as offline notification will cause the notified
2861          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2862          * disables preemption as part of its processing
2863          */
2864         for_each_online_cpu(cpu) {
2865                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2866                 struct zone *z;
2867                 bool has_pcps = false;
2868
2869                 if (zone) {
2870                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2871                         if (pcp->pcp.count)
2872                                 has_pcps = true;
2873                 } else {
2874                         for_each_populated_zone(z) {
2875                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2876                                 if (pcp->pcp.count) {
2877                                         has_pcps = true;
2878                                         break;
2879                                 }
2880                         }
2881                 }
2882
2883                 if (has_pcps)
2884                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2885                 else
2886                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2887         }
2888
2889         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2890                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2891
2892                 drain->zone = zone;
2893                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2894                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2895         }
2896         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2897                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2898
2899         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2900 }
2901
2902 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2903
2904 /*
2905  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2906  */
2907 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2908
2909 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2910 {
2911         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2912         unsigned long flags;
2913         unsigned int order, t;
2914         struct page *page;
2915
2916         if (zone_is_empty(zone))
2917                 return;
2918
2919         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2920
2921         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2922         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2923                 if (pfn_valid(pfn)) {
2924                         page = pfn_to_page(pfn);
2925
2926                         if (!--page_count) {
2927                                 touch_nmi_watchdog();
2928                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2929                         }
2930
2931                         if (page_zone(page) != zone)
2932                                 continue;
2933
2934                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2935                                 swsusp_unset_page_free(page);
2936                 }
2937
2938         for_each_migratetype_order(order, t) {
2939                 list_for_each_entry(page,
2940                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2941                         unsigned long i;
2942
2943                         pfn = page_to_pfn(page);
2944                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2945                                 if (!--page_count) {
2946                                         touch_nmi_watchdog();
2947                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2948                                 }
2949                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2950                         }
2951                 }
2952         }
2953         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2954 }
2955 #endif /* CONFIG_PM */
2956
2957 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2958 {
2959         int migratetype;
2960
2961         if (!free_pcp_prepare(page))
2962                 return false;
2963
2964         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2965         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2966         return true;
2967 }
2968
2969 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2970 {
2971         struct zone *zone = page_zone(page);
2972         struct per_cpu_pages *pcp;
2973         int migratetype;
2974
2975         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2976         __count_vm_event(PGFREE);
2977
2978         /*
2979          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2980          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2981          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2982          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2983          * excessively into the page allocator
2984          */
2985         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2986                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2987                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2988                         return;
2989                 }
2990                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2991         }
2992
2993         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2994         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2995         pcp->count++;
2996         if (pcp->count >= pcp->high) {
2997                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2998                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2999         }
3000 }
3001
3002 /*
3003  * Free a 0-order page
3004  */
3005 void free_unref_page(struct page *page)
3006 {
3007         unsigned long flags;
3008         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
3009
3010         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3011                 return;
3012
3013         local_irq_save(flags);
3014         free_unref_page_commit(page, pfn);
3015         local_irq_restore(flags);
3016 }
3017
3018 /*
3019  * Free a list of 0-order pages
3020  */
3021 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3022 {
3023         struct page *page, *next;
3024         unsigned long flags, pfn;
3025         int batch_count = 0;
3026
3027         /* Prepare pages for freeing */
3028         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3029                 pfn = page_to_pfn(page);
3030                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3031                         list_del(&page->lru);
3032                 set_page_private(page, pfn);
3033         }
3034
3035         local_irq_save(flags);
3036         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3037                 unsigned long pfn = page_private(page);
3038
3039                 set_page_private(page, 0);
3040                 trace_mm_page_free_batched(page);
3041                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3042
3043                 /*
3044                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3045                  * a large list of pages to free.
3046                  */
3047                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3048                         local_irq_restore(flags);
3049                         batch_count = 0;
3050                         local_irq_save(flags);
3051                 }
3052         }
3053         local_irq_restore(flags);
3054 }
3055
3056 /*
3057  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3058  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3059  * Each sub-page must be freed individually.
3060  *
3061  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3062  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3063  */
3064 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3065 {
3066         int i;
3067
3068         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3069         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3070
3071         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3072                 set_page_refcounted(page + i);
3073         split_page_owner(page, order);
3074 }
3075 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3076
3077 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3078 {
3079         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3080         unsigned long watermark;
3081         struct zone *zone;
3082         int mt;
3083
3084         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3085
3086         zone = page_zone(page);
3087         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3088
3089         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3090                 /*
3091                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3092                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3093                  * watermark, because we already know our high-order page
3094                  * exists.
3095                  */
3096                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3097                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3098                         return 0;
3099
3100                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3101         }
3102
3103         /* Remove page from free list */
3104
3105         del_page_from_free_area(page, area);
3106
3107         /*
3108          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3109          * pageblock
3110          */
3111         if (order >= pageblock_order - 1) {
3112                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3113                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3114                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3115                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3116                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3117                                 set_pageblock_migratetype(page,
3118                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3119                 }
3120         }
3121
3122
3123         return 1UL << order;
3124 }
3125
3126 /*
3127  * Update NUMA hit/miss statistics
3128  *
3129  * Must be called with interrupts disabled.
3130  */
3131 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3132 {
3133 #ifdef CONFIG_NUMA
3134         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3135
3136         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3137         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3138                 return;
3139
3140         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3141                 local_stat = NUMA_OTHER;
3142
3143         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3144                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3145         else {
3146                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3147                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3148         }
3149         __inc_numa_state(z, local_stat);
3150 #endif
3151 }
3152
3153 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3154 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3155                         unsigned int alloc_flags,
3156                         struct per_cpu_pages *pcp,
3157                         struct list_head *list)
3158 {
3159         struct page *page;
3160
3161         do {
3162                 if (list_empty(list)) {
3163                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3164                                         pcp->batch, list,
3165                                         migratetype, alloc_flags);
3166                         if (unlikely(list_empty(list)))
3167                                 return NULL;
3168                 }
3169
3170                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3171                 list_del(&page->lru);
3172                 pcp->count--;
3173         } while (check_new_pcp(page));
3174
3175         return page;
3176 }
3177
3178 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3179 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3180                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3181                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3182 {
3183         struct per_cpu_pages *pcp;
3184         struct list_head *list;
3185         struct page *page;
3186         unsigned long flags;
3187
3188         local_irq_save(flags);
3189         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3190         list = &pcp->lists[migratetype];
3191         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3192         if (page) {
3193                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3194                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3195         }
3196         local_irq_restore(flags);
3197         return page;
3198 }
3199
3200 /*
3201  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3202  */
3203 static inline
3204 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3205                         struct zone *zone, unsigned int order,
3206                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3207                         int migratetype)
3208 {
3209         unsigned long flags;
3210         struct page *page;
3211
3212         if (likely(order == 0)) {
3213                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3214                                         migratetype, alloc_flags);
3215                 goto out;
3216         }
3217
3218         /*
3219          * We most definitely don't want callers attempting to
3220          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3221          */
3222         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3223         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3224
3225         do {
3226                 page = NULL;
3227                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3228                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3229                         if (page)
3230                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3231                 }
3232                 if (!page)
3233                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3234         } while (page && check_new_pages(page, order));
3235         spin_unlock(&zone->lock);
3236         if (!page)
3237                 goto failed;
3238         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3239                                   get_pcppage_migratetype(page));
3240
3241         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3242         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3243         local_irq_restore(flags);
3244
3245 out:
3246         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3247         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3248                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3249                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3250         }
3251
3252         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3253         return page;
3254
3255 failed:
3256         local_irq_restore(flags);
3257         return NULL;
3258 }
3259
3260 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3261
3262 static struct {
3263         struct fault_attr attr;
3264
3265         bool ignore_gfp_highmem;
3266         bool ignore_gfp_reclaim;
3267         u32 min_order;
3268 } fail_page_alloc = {
3269         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3270         .ignore_gfp_reclaim = true,
3271         .ignore_gfp_highmem = true,
3272         .min_order = 1,
3273 };
3274
3275 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3276 {
3277         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3278 }
3279 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3280
3281 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3282 {
3283         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3284                 return false;
3285         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3286                 return false;
3287         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3288                 return false;
3289         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3290                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3291                 return false;
3292
3293         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3294 }
3295
3296 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3297
3298 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3299 {
3300         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3301         struct dentry *dir;
3302
3303         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3304                                         &fail_page_alloc.attr);
3305
3306         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3307                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3308         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3309                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3310         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3311
3312         return 0;
3313 }
3314
3315 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3316
3317 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3318
3319 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3320
3321 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3322 {
3323         return false;
3324 }
3325
3326 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3327
3328 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3329 {
3330         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3331 }
3332 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3333
3334 /*
3335  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3336  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3337  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3338  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3339  */
3340 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3341                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3342                          long free_pages)
3343 {
3344         long min = mark;
3345         int o;
3346         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3347
3348         /* free_pages may go negative - that's OK */
3349         free_pages -= (1 << order) - 1;
3350
3351         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3352                 min -= min / 2;
3353
3354         /*
3355          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3356          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3357          * atomic reserve but it avoids a search.
3358          */
3359         if (likely(!alloc_harder)) {
3360                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3361         } else {
3362                 /*
3363                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3364                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3365                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3366                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3367                  */
3368                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3369                         min -= min / 2;
3370                 else
3371                         min -= min / 4;
3372         }
3373
3374
3375 #ifdef CONFIG_CMA
3376         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3377         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3378                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3379 #endif
3380
3381         /*
3382          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3383          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3384          * even if a suitable page happened to be free.
3385          */
3386         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3387                 return false;
3388
3389         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3390         if (!order)
3391                 return true;
3392
3393         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3394         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3395                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3396                 int mt;
3397
3398                 if (!area->nr_free)
3399                         continue;
3400
3401                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3402                         if (!free_area_empty(area, mt))
3403                                 return true;
3404                 }
3405
3406 #ifdef CONFIG_CMA
3407                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3408                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3409                         return true;
3410                 }
3411 #endif
3412                 if (alloc_harder &&
3413                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3414                         return true;
3415         }
3416         return false;
3417 }
3418
3419 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3420                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3421 {
3422         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3423                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3424 }
3425
3426 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3427                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3428 {
3429         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3430         long cma_pages = 0;
3431
3432 #ifdef CONFIG_CMA
3433         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3434         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3435                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3436 #endif
3437
3438         /*
3439          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3440          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3441          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3442          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3443          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3444          */
3445         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3446                 return true;
3447
3448         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3449                                         free_pages);
3450 }
3451
3452 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3453                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3454 {
3455         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3456
3457         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3458                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3459
3460         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3461                                                                 free_pages);
3462 }
3463
3464 #ifdef CONFIG_NUMA
3465 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3466 {
3467         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3468                                 RECLAIM_DISTANCE;
3469 }
3470 #else   /* CONFIG_NUMA */
3471 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3472 {
3473         return true;
3474 }
3475 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3476
3477 /*
3478  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3479  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3480  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3481  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3482  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3483  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3484  */
3485 static inline unsigned int
3486 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3487 {
3488         unsigned int alloc_flags = 0;
3489
3490         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3491                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3492
3493 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3494         if (!zone)
3495                 return alloc_flags;
3496
3497         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3498                 return alloc_flags;
3499
3500         /*
3501          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3502          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3503          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3504          */
3505         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3506         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3507                 return alloc_flags;
3508
3509         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3510 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3511         return alloc_flags;
3512 }
3513
3514 /*
3515  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3516  * a page.
3517  */
3518 static struct page *
3519 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3520                                                 const struct alloc_context *ac)
3521 {
3522         struct zoneref *z;
3523         struct zone *zone;
3524         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3525         bool no_fallback;
3526
3527 retry:
3528         /*
3529          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3530          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3531          */
3532         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3533         z = ac->preferred_zoneref;
3534         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3535                                                                 ac->nodemask) {
3536                 struct page *page;
3537                 unsigned long mark;
3538
3539                 if (cpusets_enabled() &&
3540                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3541                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3542                                 continue;
3543                 /*
3544                  * When allocating a page cache page for writing, we
3545                  * want to get it from a node that is within its dirty
3546                  * limit, such that no single node holds more than its
3547                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3548                  * The dirty limits take into account the node's
3549                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3550                  * should be able to balance it without having to
3551                  * write pages from its LRU list.
3552                  *
3553                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3554                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3555                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3556                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3557                  * nodes are together not big enough to reach the
3558                  * global limit.  The proper fix for these situations
3559                  * will require awareness of nodes in the
3560                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3561                  */
3562                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3563                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3564                                 continue;
3565
3566                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3567                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3568                                 continue;
3569                         }
3570                 }
3571
3572                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3573                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3574                         int local_nid;
3575
3576                         /*
3577                          * If moving to a remote node, retry but allow
3578                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3579                          * than fragmentation avoidance.
3580                          */
3581                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3582                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3583                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3584                                 goto retry;
3585                         }
3586                 }
3587
3588                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3589                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3590                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3591                         int ret;
3592
3593 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3594                         /*
3595                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3596                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3597                          */
3598                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3599                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3600                                         goto try_this_zone;
3601                         }
3602 #endif
3603                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3604                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3605                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3606                                 goto try_this_zone;
3607
3608                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3609                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3610                                 continue;
3611
3612                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3613                         switch (ret) {
3614                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3615                                 /* did not scan */
3616                                 continue;
3617                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3618                                 /* scanned but unreclaimable */
3619                                 continue;
3620                         default:
3621                                 /* did we reclaim enough */
3622                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3623                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3624                                         goto try_this_zone;
3625
3626                                 continue;
3627                         }
3628                 }
3629
3630 try_this_zone:
3631                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3632                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3633                 if (page) {
3634                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3635
3636                         /*
3637                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3638                          * if the pageblock should be reserved for the future
3639                          */
3640                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3641                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3642
3643                         return page;
3644                 } else {
3645 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3646                         /* Try again if zone has deferred pages */
3647                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3648                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3649                                         goto try_this_zone;
3650                         }
3651 #endif
3652                 }
3653         }
3654
3655         /*
3656          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3657          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3658          */
3659         if (no_fallback) {
3660                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3661                 goto retry;
3662         }
3663
3664         return NULL;
3665 }
3666
3667 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3668 {
3669         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3670         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3671
3672         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3673                 return;
3674
3675         /*
3676          * This documents exceptions given to allocations in certain
3677          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3678          * of allowed nodes.
3679          */
3680         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3681                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3682                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3683                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3684         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3685                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3686
3687         show_mem(filter, nodemask);
3688 }
3689
3690 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3691 {
3692         struct va_format vaf;
3693         va_list args;
3694         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3695                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3696
3697         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3698                 return;
3699
3700         va_start(args, fmt);
3701         vaf.fmt = fmt;
3702         vaf.va = &args;
3703         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3704                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3705                         nodemask_pr_args(nodemask));
3706         va_end(args);
3707
3708         cpuset_print_current_mems_allowed();
3709         pr_cont("\n");
3710         dump_stack();
3711         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3712 }
3713
3714 static inline struct page *
3715 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3716                               unsigned int alloc_flags,
3717                               const struct alloc_context *ac)
3718 {
3719         struct page *page;
3720
3721         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3722                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3723         /*
3724          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3725          * are depleted
3726          */
3727         if (!page)
3728                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3729                                 alloc_flags, ac);
3730
3731         return page;
3732 }
3733
3734 static inline struct page *
3735 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3736         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3737 {
3738         struct oom_control oc = {
3739                 .zonelist = ac->zonelist,
3740                 .nodemask = ac->nodemask,
3741                 .memcg = NULL,
3742                 .gfp_mask = gfp_mask,
3743                 .order = order,
3744         };
3745         struct page *page;
3746
3747         *did_some_progress = 0;
3748
3749         /*
3750          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3751          * making progress for us.
3752          */
3753         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3754                 *did_some_progress = 1;
3755                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3756                 return NULL;
3757         }
3758
3759         /*
3760          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3761          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3762          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3763          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3764          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3765          */
3766         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3767                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3768                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3769         if (page)
3770                 goto out;
3771
3772         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3773         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3774                 goto out;
3775         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3776         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3777                 goto out;
3778         /*
3779          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3780          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3781          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3782          * fallback than shooting a random task.
3783          */
3784         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3785                 goto out;
3786         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3787         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3788                 goto out;
3789         if (pm_suspended_storage())
3790                 goto out;
3791         /*
3792          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3793          * other request to make a forward progress.
3794          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3795          * do much for this context but let's try it to at least get
3796          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3797          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3798          * failures more gracefully we should just bail out here.
3799          */
3800
3801         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3802         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3803                 goto out;
3804
3805         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3806         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3807                 *did_some_progress = 1;
3808
3809                 /*
3810                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3811                  * reserves
3812                  */
3813                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3814                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3815                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3816         }
3817 out:
3818         mutex_unlock(&oom_lock);
3819         return page;
3820 }
3821
3822 /*
3823  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3824  * killer is consider as the only way to move forward.
3825  */
3826 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3827
3828 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3829 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3830 static struct page *
3831 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3832                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3833                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3834 {
3835         struct page *page = NULL;
3836         unsigned long pflags;
3837         unsigned int noreclaim_flag;
3838
3839         if (!order)
3840                 return NULL;
3841
3842         psi_memstall_enter(&pflags);
3843         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3844
3845         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3846                                                                 prio, &page);
3847
3848         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3849         psi_memstall_leave(&pflags);
3850
3851         /*
3852          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3853          * count a compaction stall
3854          */
3855         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3856
3857         /* Prep a captured page if available */
3858         if (page)
3859                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3860
3861         /* Try get a page from the freelist if available */
3862         if (!page)
3863                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3864
3865         if (page) {
3866                 struct zone *zone = page_zone(page);
3867
3868                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3869                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3870                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3871                 return page;
3872         }
3873
3874         /*
3875          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3876          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3877          */
3878         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3879
3880         cond_resched();
3881
3882         return NULL;
3883 }
3884
3885 static inline bool
3886 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3887                      enum compact_result compact_result,
3888                      enum compact_priority *compact_priority,
3889                      int *compaction_retries)
3890 {
3891         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3892         int min_priority;
3893         bool ret = false;
3894         int retries = *compaction_retries;
3895         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3896
3897         if (!order)
3898                 return false;
3899
3900         if (compaction_made_progress(compact_result))
3901                 (*compaction_retries)++;
3902
3903         /*
3904          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3905          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3906          * failure could be caused by insufficient priority
3907          */
3908         if (compaction_failed(compact_result))
3909                 goto check_priority;
3910
3911         /*
3912          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3913          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3914          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3915          * compaction.
3916          */
3917         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3918                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3919                 goto out;
3920         }
3921
3922         /*
3923          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3924          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3925          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3926          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3927          * would need much more detailed feedback from compaction to
3928          * make a better decision.
3929          */
3930         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3931                 max_retries /= 4;
3932         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3933                 ret = true;
3934                 goto out;
3935         }
3936
3937         /*
3938          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3939          * all retries or failed at the lower priorities.
3940          */
3941 check_priority:
3942         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3943                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3944
3945         if (*compact_priority > min_priority) {
3946                 (*compact_priority)--;
3947                 *compaction_retries = 0;
3948                 ret = true;
3949         }
3950 out:
3951         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3952         return ret;
3953 }
3954 #else
3955 static inline struct page *
3956 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3957                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3958                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3959 {
3960         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3961         return NULL;
3962 }
3963
3964 static inline bool
3965 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3966                      enum compact_result compact_result,
3967                      enum compact_priority *compact_priority,
3968                      int *compaction_retries)
3969 {
3970         struct zone *zone;
3971         struct zoneref *z;
3972
3973         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3974                 return false;
3975
3976         /*
3977          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3978          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3979          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3980          * watermarks are OK.
3981          */
3982         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3983                                         ac->nodemask) {
3984                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3985                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3986                         return true;
3987         }
3988         return false;
3989 }
3990 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3991
3992 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3993 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3994         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3995
3996 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3997 {
3998         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3999
4000         /* no reclaim without waiting on it */
4001         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4002                 return false;
4003
4004         /* this guy won't enter reclaim */
4005         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4006                 return false;
4007
4008         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
4009         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
4010                 return false;
4011
4012         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4013                 return false;
4014
4015         return true;
4016 }
4017
4018 void __fs_reclaim_acquire(void)
4019 {
4020         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4021 }
4022
4023 void __fs_reclaim_release(void)
4024 {
4025         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4026 }
4027
4028 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4029 {
4030         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4031                 __fs_reclaim_acquire();
4032 }
4033 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4034
4035 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4036 {
4037         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4038                 __fs_reclaim_release();
4039 }
4040 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4041 #endif
4042
4043 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4044 static int
4045 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4046                                         const struct alloc_context *ac)
4047 {
4048         struct reclaim_state reclaim_state;
4049         int progress;
4050         unsigned int noreclaim_flag;
4051         unsigned long pflags;
4052
4053         cond_resched();
4054
4055         /* We now go into synchronous reclaim */
4056         cpuset_memory_pressure_bump();
4057         psi_memstall_enter(&pflags);
4058         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4059         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4060         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4061         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4062
4063         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4064                                                                 ac->nodemask);
4065
4066         current->reclaim_state = NULL;
4067         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4068         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4069         psi_memstall_leave(&pflags);
4070
4071         cond_resched();
4072
4073         return progress;
4074 }
4075
4076 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4077 static inline struct page *
4078 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4079                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4080                 unsigned long *did_some_progress)
4081 {
4082         struct page *page = NULL;
4083         bool drained = false;
4084
4085         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4086         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4087                 return NULL;
4088
4089 retry:
4090         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4091
4092         /*
4093          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4094          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4095          * Shrink them them and try again
4096          */
4097         if (!page && !drained) {
4098                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4099                 drain_all_pages(NULL);
4100                 drained = true;
4101                 goto retry;
4102         }
4103
4104         return page;
4105 }
4106
4107 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4108                              const struct alloc_context *ac)
4109 {
4110         struct zoneref *z;
4111         struct zone *zone;
4112         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4113         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4114
4115         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4116                                         ac->nodemask) {
4117                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4118                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4119                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4120         }
4121 }
4122
4123 static inline unsigned int
4124 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4125 {
4126         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4127
4128         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4129         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4130
4131         /*
4132          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4133          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4134          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4135          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4136          */
4137         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4138
4139         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4140                 /*
4141                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4142                  * if it can't schedule.
4143                  */
4144                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4145                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4146                 /*
4147                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4148                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4149                  */
4150                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4151         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4152                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4153
4154         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4155                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4156
4157 #ifdef CONFIG_CMA
4158         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4159                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4160 #endif
4161         return alloc_flags;
4162 }
4163
4164 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4165 {
4166         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4167                 return false;
4168
4169         /*
4170          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4171          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4172          */
4173         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4174                 return false;
4175
4176         return true;
4177 }
4178
4179 /*
4180  * Distinguish requests which really need access to full memory
4181  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4182  */
4183 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4184 {
4185         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4186                 return 0;
4187         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4188                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4189         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4190                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4191         if (!in_interrupt()) {
4192                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4193                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4194                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4195                         return ALLOC_OOM;
4196         }
4197
4198         return 0;
4199 }
4200
4201 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4202 {
4203         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4204 }
4205
4206 /*
4207  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4208  * for the given allocation request.
4209  *
4210  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4211  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4212  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4213  *
4214  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4215  */
4216 static inline bool
4217 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4218                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4219                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4220 {
4221         struct zone *zone;
4222         struct zoneref *z;
4223         bool ret = false;
4224
4225         /*
4226          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4227          * their order will become available due to high fragmentation so
4228          * always increment the no progress counter for them
4229          */
4230         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4231                 *no_progress_loops = 0;
4232         else
4233                 (*no_progress_loops)++;
4234
4235         /*
4236          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4237          * several times in the row.
4238          */
4239         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4240                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4241                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4242         }
4243
4244         /*
4245          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4246          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4247          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4248          * screwed and have to go OOM.
4249          */
4250         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4251                                         ac->nodemask) {
4252                 unsigned long available;
4253                 unsigned long reclaimable;
4254                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4255                 bool wmark;
4256
4257                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4258                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4259
4260                 /*
4261                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4262                  * reclaimable pages?
4263                  */
4264                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4265                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4266                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4267                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4268                 if (wmark) {
4269                         /*
4270                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4271                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4272                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4273                          * prevent from pre mature OOM
4274                          */
4275                         if (!did_some_progress) {
4276                                 unsigned long write_pending;
4277
4278                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4279                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4280
4281                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4282                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4283                                         return true;
4284                                 }
4285                         }
4286
4287                         ret = true;
4288                         goto out;
4289                 }
4290         }
4291
4292 out:
4293         /*
4294          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4295          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4296          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4297          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4298          * here rather than calling cond_resched().
4299          */
4300         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4301                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4302         else
4303                 cond_resched();
4304         return ret;
4305 }
4306
4307 static inline bool
4308 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4309 {
4310         /*
4311          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4312          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4313          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4314          * such a way the check therein was true, and then it became false
4315          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4316          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4317          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4318          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4319          * caller can deal with a violated nodemask.
4320          */
4321         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4322                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4323                 ac->nodemask = NULL;
4324                 return true;
4325         }
4326
4327         /*
4328          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4329          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4330          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4331          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4332          * retry.
4333          */
4334         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4335                 return true;
4336
4337         return false;
4338 }
4339
4340 static inline struct page *
4341 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4342                                                 struct alloc_context *ac)
4343 {
4344         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4345         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4346         struct page *page = NULL;
4347         unsigned int alloc_flags;
4348         unsigned long did_some_progress;
4349         enum compact_priority compact_priority;
4350         enum compact_result compact_result;
4351         int compaction_retries;
4352         int no_progress_loops;
4353         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4354         int reserve_flags;
4355
4356         /*
4357          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4358          * callers that are not in atomic context.
4359          */
4360         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4361                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4362                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4363
4364 retry_cpuset:
4365         compaction_retries = 0;
4366         no_progress_loops = 0;
4367         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4368         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4369
4370         /*
4371          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4372          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4373          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4374          */
4375         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4376
4377         /*
4378          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4379          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4380          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4381          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4382          */
4383         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4384                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4385         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4386                 goto nopage;
4387
4388         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4389                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4390
4391         /*
4392          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4393          * that first
4394          */
4395         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4396         if (page)
4397                 goto got_pg;
4398
4399         /*
4400          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4401          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4402          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4403          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4404          * same migratetype.
4405          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4406          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4407          */
4408         if (can_direct_reclaim &&
4409                         (costly_order ||
4410                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4411                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4412                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4413                                                 alloc_flags, ac,
4414                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4415                                                 &compact_result);
4416                 if (page)
4417                         goto got_pg;
4418
4419                 /*
4420                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4421                  * includes THP page fault allocations
4422                  */
4423                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4424                         /*
4425                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4426                          * it is because sync compaction recently failed. If
4427                          * this is the case and the caller requested a THP
4428                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4429                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4430                          * direct reclaim.
4431                          */
4432                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4433                                 goto nopage;
4434
4435                         /*
4436                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4437                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4438                          * using async compaction.
4439                          */
4440                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4441                 }
4442         }
4443
4444 retry:
4445         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4446         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4447                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4448
4449         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4450         if (reserve_flags)
4451                 alloc_flags = reserve_flags;
4452
4453         /*
4454          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4455          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4456          * user oriented.
4457          */
4458         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4459                 ac->nodemask = NULL;
4460                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4461                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4462         }
4463
4464         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4465         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4466         if (page)
4467                 goto got_pg;
4468
4469         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4470         if (!can_direct_reclaim)
4471                 goto nopage;
4472
4473         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4474         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4475                 goto nopage;
4476
4477         /* Try direct reclaim and then allocating */
4478         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4479                                                         &did_some_progress);
4480         if (page)
4481                 goto got_pg;
4482
4483         /* Try direct compaction and then allocating */
4484         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4485                                         compact_priority, &compact_result);
4486         if (page)
4487                 goto got_pg;
4488
4489         /* Do not loop if specifically requested */
4490         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4491                 goto nopage;
4492
4493         /*
4494          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4495          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4496          */
4497         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4498                 goto nopage;
4499
4500         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4501                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4502                 goto retry;
4503
4504         /*
4505          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4506          * reclaim is not able to make any progress because the current
4507          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4508          * of free memory (see __compaction_suitable)
4509          */
4510         if (did_some_progress > 0 &&
4511                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4512                                 compact_result, &compact_priority,
4513                                 &compaction_retries))
4514                 goto retry;
4515
4516
4517         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4518         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4519                 goto retry_cpuset;
4520
4521         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4522         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4523         if (page)
4524                 goto got_pg;
4525
4526         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4527         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4528             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4529              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4530                 goto nopage;
4531
4532         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4533         if (did_some_progress) {
4534                 no_progress_loops = 0;
4535                 goto retry;
4536         }
4537
4538 nopage:
4539         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4540         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4541                 goto retry_cpuset;
4542
4543         /*
4544          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4545          * we always retry
4546          */
4547         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4548                 /*
4549                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4550                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4551                  */
4552                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4553                         goto fail;
4554
4555                 /*
4556                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4557                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4558                  * for somebody to do a work for us
4559                  */
4560                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4561
4562                 /*
4563                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4564                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4565                  * so that we can identify them and convert them to something
4566                  * else.
4567                  */
4568                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4569
4570                 /*
4571                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4572                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4573                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4574                  * the situation worse
4575                  */
4576                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4577                 if (page)
4578                         goto got_pg;
4579
4580                 cond_resched();
4581                 goto retry;
4582         }
4583 fail:
4584         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4585                         "page allocation failure: order:%u", order);
4586 got_pg:
4587         return page;
4588 }
4589
4590 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4591                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4592                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4593                 unsigned int *alloc_flags)
4594 {
4595         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4596         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4597         ac->nodemask = nodemask;
4598         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4599
4600         if (cpusets_enabled()) {
4601                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4602                 if (!ac->nodemask)
4603                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4604                 else
4605                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4606         }
4607
4608         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4609         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4610
4611         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4612
4613         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4614                 return false;
4615
4616         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4617                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4618
4619         return true;
4620 }
4621
4622 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4623 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4624 {
4625         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4626         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4627
4628         /*
4629          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4630          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4631          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4632          */
4633         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4634                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4635 }
4636
4637 /*
4638  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4639  */
4640 struct page *
4641 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4642                                                         nodemask_t *nodemask)
4643 {
4644         struct page *page;
4645         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4646         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4647         struct alloc_context ac = { };
4648
4649         /*
4650          * There are several places where we assume that the order value is sane
4651          * so bail out early if the request is out of bound.
4652          */
4653         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4654                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4655                 return NULL;
4656         }
4657
4658         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4659         alloc_mask = gfp_mask;
4660         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4661                 return NULL;
4662
4663         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4664
4665         /*
4666          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4667          * memory until all local zones are considered.
4668          */
4669         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4670
4671         /* First allocation attempt */
4672         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4673         if (likely(page))
4674                 goto out;
4675
4676         /*
4677          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4678          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4679          * from a particular context which has been marked by
4680          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4681          */
4682         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4683         ac.spread_dirty_pages = false;
4684
4685         /*
4686          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4687          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4688          */
4689         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4690                 ac.nodemask = nodemask;
4691
4692         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4693
4694 out:
4695         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4696             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4697                 __free_pages(page, order);
4698                 page = NULL;
4699         }
4700
4701         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4702
4703         return page;
4704 }
4705 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4706
4707 /*
4708  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4709  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4710  * you need to access high mem.
4711  */
4712 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4713 {
4714         struct page *page;
4715
4716         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4717         if (!page)
4718                 return 0;
4719         return (unsigned long) page_address(page);
4720 }
4721 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4722
4723 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4724 {
4725         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4726 }
4727 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4728
4729 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4730 {
4731         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4732                 free_unref_page(page);
4733         else
4734                 __free_pages_ok(page, order);
4735 }
4736
4737 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4738 {
4739         if (put_page_testzero(page))
4740                 free_the_page(page, order);
4741 }
4742 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4743
4744 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4745 {
4746         if (addr != 0) {
4747                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4748                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4749         }
4750 }
4751
4752 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4753
4754 /*
4755  * Page Fragment:
4756  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4757  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4758  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4759  *
4760  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4761  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4762  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4763  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4764  */
4765 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4766                                              gfp_t gfp_mask)
4767 {
4768         struct page *page = NULL;
4769         gfp_t gfp = gfp_mask;
4770
4771 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4772         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4773                     __GFP_NOMEMALLOC;
4774         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4775                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4776         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4777 #endif
4778         if (unlikely(!page))
4779                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4780
4781         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4782
4783         return page;
4784 }
4785
4786 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4787 {
4788         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4789
4790         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4791                 free_the_page(page, compound_order(page));
4792 }
4793 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4794
4795 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4796                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4797 {
4798         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4799         struct page *page;
4800         int offset;
4801
4802         if (unlikely(!nc->va)) {
4803 refill:
4804                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4805                 if (!page)
4806                         return NULL;
4807
4808 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4809                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4810                 size = nc->size;
4811 #endif
4812                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4813                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4814                  */
4815                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4816
4817                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4818                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4819                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4820                 nc->offset = size;
4821         }
4822
4823         offset = nc->offset - fragsz;
4824         if (unlikely(offset < 0)) {
4825                 page = virt_to_page(nc->va);
4826
4827                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4828                         goto refill;
4829
4830 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4831                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4832                 size = nc->size;
4833 #endif
4834                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4835                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4836
4837                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4838                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4839                 offset = size - fragsz;
4840         }
4841
4842         nc->pagecnt_bias--;
4843         nc->offset = offset;
4844
4845         return nc->va + offset;
4846 }
4847 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4848
4849 /*
4850  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4851  */
4852 void page_frag_free(void *addr)
4853 {
4854         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4855
4856         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4857                 free_the_page(page, compound_order(page));
4858 }
4859 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4860
4861 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4862                 size_t size)
4863 {
4864         if (addr) {
4865                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4866                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4867
4868                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4869                 while (used < alloc_end) {
4870                         free_page(used);
4871                         used += PAGE_SIZE;
4872                 }
4873         }
4874         return (void *)addr;
4875 }
4876
4877 /**
4878  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4879  * @size: the number of bytes to allocate
4880  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4881  *
4882  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4883  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4884  * allocate memory in power-of-two pages.
4885  *
4886  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4887  *
4888  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4889  *
4890  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4891  */
4892 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4893 {
4894         unsigned int order = get_order(size);
4895         unsigned long addr;
4896
4897         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4898                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4899
4900         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4901         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4902 }
4903 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4904
4905 /**
4906  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4907  *                         pages on a node.
4908  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4909  * @size: the number of bytes to allocate
4910  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4911  *
4912  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4913  * back.
4914  *
4915  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4916  */
4917 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4918 {
4919         unsigned int order = get_order(size);
4920         struct page *p;
4921
4922         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4923                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4924
4925         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4926         if (!p)
4927                 return NULL;
4928         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4929 }
4930
4931 /**
4932  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4933  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4934  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4935  *
4936  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4937  */
4938 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4939 {
4940         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4941         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4942
4943         while (addr < end) {
4944                 free_page(addr);
4945                 addr += PAGE_SIZE;
4946         }
4947 }
4948 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4949
4950 /**
4951  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4952  * @offset: The zone index of the highest zone
4953  *
4954  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4955  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4956  * zone, the number of pages is calculated as:
4957  *
4958  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4959  *
4960  * Return: number of pages beyond high watermark.
4961  */
4962 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4963 {
4964         struct zoneref *z;
4965         struct zone *zone;
4966
4967         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4968         unsigned long sum = 0;
4969
4970         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4971
4972         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4973                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4974                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4975                 if (size > high)
4976                         sum += size - high;
4977         }
4978
4979         return sum;
4980 }
4981
4982 /**
4983  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4984  *
4985  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4986  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4987  *
4988  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4989  * ZONE_NORMAL.
4990  */
4991 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4992 {
4993         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4994 }
4995 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4996
4997 /**
4998  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4999  *
5000  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
5001  * high watermark within all zones.
5002  *
5003  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
5004  */
5005 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
5006 {
5007         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5008 }
5009
5010 static inline void show_node(struct zone *zone)
5011 {
5012         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5013                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5014 }
5015
5016 long si_mem_available(void)
5017 {
5018         long available;
5019         unsigned long pagecache;
5020         unsigned long wmark_low = 0;
5021         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5022         unsigned long reclaimable;
5023         struct zone *zone;
5024         int lru;
5025
5026         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5027                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5028
5029         for_each_zone(zone)
5030                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5031
5032         /*
5033          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5034          * without causing swapping.
5035          */
5036         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5037
5038         /*
5039          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5040          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5041          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5042          */
5043         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5044         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5045         available += pagecache;
5046
5047         /*
5048          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5049          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5050          * low watermark.
5051          */
5052         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5053                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5054         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5055
5056         if (available < 0)
5057                 available = 0;
5058         return available;
5059 }
5060 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5061
5062 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5063 {
5064         val->totalram = totalram_pages();
5065         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5066         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5067         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5068         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5069         val->freehigh = nr_free_highpages();
5070         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5071 }
5072
5073 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5074
5075 #ifdef CONFIG_NUMA
5076 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5077 {
5078         int zone_type;          /* needs to be signed */
5079         unsigned long managed_pages = 0;
5080         unsigned long managed_highpages = 0;
5081         unsigned long free_highpages = 0;
5082         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5083
5084         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5085                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5086         val->totalram = managed_pages;
5087         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5088         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5089 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5090         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5091                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5092
5093                 if (is_highmem(zone)) {
5094                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5095                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5096                 }
5097         }
5098         val->totalhigh = managed_highpages;
5099         val->freehigh = free_highpages;
5100 #else
5101         val->totalhigh = managed_highpages;
5102         val->freehigh = free_highpages;
5103 #endif
5104         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5105 }
5106 #endif
5107
5108 /*
5109  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5110  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5111  */
5112 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5113 {
5114         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5115                 return false;
5116
5117         /*
5118          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5119          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5120          * have to be precise here.
5121          */
5122         if (!nodemask)
5123                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5124
5125         return !node_isset(nid, *nodemask);
5126 }
5127
5128 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5129
5130 static void show_migration_types(unsigned char type)
5131 {
5132         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5133                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5134                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5135                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5136                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5137 #ifdef CONFIG_CMA
5138                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5139 #endif
5140 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5141                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5142 #endif
5143         };
5144         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5145         char *p = tmp;
5146         int i;
5147
5148         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5149                 if (type & (1 << i))
5150                         *p++ = types[i];
5151         }
5152
5153         *p = '\0';
5154         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5155 }
5156
5157 /*
5158  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5159  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5160  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5161  *
5162  * Bits in @filter:
5163  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5164  *   cpuset.
5165  */
5166 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5167 {
5168         unsigned long free_pcp = 0;
5169         int cpu;
5170         struct zone *zone;
5171         pg_data_t *pgdat;
5172
5173         for_each_populated_zone(zone) {
5174                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5175                         continue;
5176
5177                 for_each_online_cpu(cpu)
5178                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5179         }
5180
5181         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5182                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5183                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5184                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5185                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5186                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5187                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5188                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5189                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5190                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5191                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5192                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5193                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5194                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5195                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5196                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5197                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5198                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5199                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5200                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5201                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5202                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5203                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5204                 free_pcp,
5205                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5206
5207         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5208                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5209                         continue;
5210
5211                 printk("Node %d"
5212                         " active_anon:%lukB"
5213                         " inactive_anon:%lukB"
5214                         " active_file:%lukB"
5215                         " inactive_file:%lukB"
5216                         " unevictable:%lukB"
5217                         " isolated(anon):%lukB"
5218                         " isolated(file):%lukB"
5219                         " mapped:%lukB"
5220                         " dirty:%lukB"
5221                         " writeback:%lukB"
5222                         " shmem:%lukB"
5223 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5224                         " shmem_thp: %lukB"
5225                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5226                         " anon_thp: %lukB"
5227 #endif
5228                         " writeback_tmp:%lukB"
5229                         " unstable:%lukB"
5230                         " all_unreclaimable? %s"
5231                         "\n",
5232                         pgdat->node_id,
5233                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5234                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5235                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5236                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5237                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5238                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5239                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5240                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5241                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5242                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5243                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5244 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5245                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5246                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5247                                         * HPAGE_PMD_NR),
5248                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5249 #endif
5250                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5251                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5252                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5253                                 "yes" : "no");
5254         }
5255
5256         for_each_populated_zone(zone) {
5257                 int i;
5258
5259                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5260                         continue;
5261
5262                 free_pcp = 0;
5263                 for_each_online_cpu(cpu)
5264                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5265
5266                 show_node(zone);
5267                 printk(KERN_CONT
5268                         "%s"
5269                         " free:%lukB"
5270                         " min:%lukB"
5271                         " low:%lukB"
5272                         " high:%lukB"
5273                         " active_anon:%lukB"
5274                         " inactive_anon:%lukB"
5275                         " active_file:%lukB"
5276                         " inactive_file:%lukB"
5277                         " unevictable:%lukB"
5278                         " writepending:%lukB"
5279                         " present:%lukB"
5280                         " managed:%lukB"
5281                         " mlocked:%lukB"
5282                         " kernel_stack:%lukB"
5283                         " pagetables:%lukB"
5284                         " bounce:%lukB"
5285                         " free_pcp:%lukB"
5286                         " local_pcp:%ukB"
5287                         " free_cma:%lukB"
5288                         "\n",
5289                         zone->name,
5290                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5291                         K(min_wmark_pages(zone)),
5292                         K(low_wmark_pages(zone)),
5293                         K(high_wmark_pages(zone)),
5294                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5295                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5296                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5297                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5298                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5299                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5300                         K(zone->present_pages),
5301                         K(zone_managed_pages(zone)),
5302                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5303                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5304                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5305                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5306                         K(free_pcp),
5307                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5308                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5309                 printk("lowmem_reserve[]:");
5310                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5311                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5312                 printk(KERN_CONT "\n");
5313         }
5314
5315         for_each_populated_zone(zone) {
5316                 unsigned int order;
5317                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5318                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5319
5320                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5321                         continue;
5322                 show_node(zone);
5323                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5324
5325                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5326                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5327                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5328                         int type;
5329
5330                         nr[order] = area->nr_free;
5331                         total += nr[order] << order;
5332
5333                         types[order] = 0;
5334                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5335                                 if (!free_area_empty(area, type))
5336                                         types[order] |= 1 << type;
5337                         }
5338                 }
5339                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5340                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5341                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5342                                nr[order], K(1UL) << order);
5343                         if (nr[order])
5344                                 show_migration_types(types[order]);
5345                 }
5346                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5347         }
5348
5349         hugetlb_show_meminfo();
5350
5351         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5352
5353         show_swap_cache_info();
5354 }
5355
5356 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5357 {
5358         zoneref->zone = zone;
5359         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5360 }
5361
5362 /*
5363  * Builds allocation fallback zone lists.
5364  *
5365  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5366  */
5367 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5368 {
5369         struct zone *zone;
5370         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5371         int nr_zones = 0;
5372
5373         do {
5374                 zone_type--;
5375                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5376                 if (managed_zone(zone)) {
5377                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5378                         check_highest_zone(zone_type);
5379                 }
5380         } while (zone_type);
5381
5382         return nr_zones;
5383 }
5384
5385 #ifdef CONFIG_NUMA
5386
5387 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5388 {
5389         /*
5390          * We used to support different zonlists modes but they turned
5391          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5392          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5393          * not fail it silently
5394          */
5395         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5396                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5397                 return -EINVAL;
5398         }
5399         return 0;
5400 }
5401
5402 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5403 {
5404         if (!s)
5405                 return 0;
5406
5407         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5408 }
5409 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5410
5411 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5412
5413 /*
5414  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5415  */
5416 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5417                 void __user *buffer, size_t *length,
5418                 loff_t *ppos)
5419 {
5420         char *str;
5421         int ret;
5422
5423         if (!write)
5424                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5425         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5426         if (IS_ERR(str))
5427                 return PTR_ERR(str);
5428
5429         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5430         kfree(str);
5431         return ret;
5432 }
5433
5434
5435 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5436 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5437
5438 /**
5439  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5440  * @node: node whose fallback list we're appending
5441  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5442  *
5443  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5444  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5445  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5446  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5447  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5448  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5449  * on them otherwise.
5450  *
5451  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5452  */
5453 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5454 {
5455         int n, val;
5456         int min_val = INT_MAX;
5457         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5458         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5459
5460         /* Use the local node if we haven't already */
5461         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5462                 node_set(node, *used_node_mask);
5463                 return node;
5464         }
5465
5466         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5467
5468                 /* Don't want a node to appear more than once */
5469                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5470                         continue;
5471
5472                 /* Use the distance array to find the distance */
5473                 val = node_distance(node, n);
5474
5475                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5476                 val += (n < node);
5477
5478                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5479                 tmp = cpumask_of_node(n);
5480                 if (!cpumask_empty(tmp))
5481                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5482
5483                 /* Slight preference for less loaded node */
5484                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5485                 val += node_load[n];
5486
5487                 if (val < min_val) {
5488                         min_val = val;
5489                         best_node = n;
5490                 }
5491         }
5492
5493         if (best_node >= 0)
5494                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5495
5496         return best_node;
5497 }
5498
5499
5500 /*
5501  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5502  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5503  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5504  */
5505 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5506                 unsigned nr_nodes)
5507 {
5508         struct zoneref *zonerefs;
5509         int i;
5510
5511         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5512
5513         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5514                 int nr_zones;
5515
5516                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5517
5518                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5519                 zonerefs += nr_zones;
5520         }
5521         zonerefs->zone = NULL;
5522         zonerefs->zone_idx = 0;
5523 }
5524
5525 /*
5526  * Build gfp_thisnode zonelists
5527  */
5528 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5529 {
5530         struct zoneref *zonerefs;
5531         int nr_zones;
5532
5533         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5534         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5535         zonerefs += nr_zones;
5536         zonerefs->zone = NULL;
5537         zonerefs->zone_idx = 0;
5538 }
5539
5540 /*
5541  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5542  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5543  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5544  * may still exist in local DMA zone.
5545  */
5546
5547 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5548 {
5549         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5550         int node, load, nr_nodes = 0;
5551         nodemask_t used_mask;
5552         int local_node, prev_node;
5553
5554         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5555         local_node = pgdat->node_id;
5556         load = nr_online_nodes;
5557         prev_node = local_node;
5558         nodes_clear(used_mask);
5559
5560         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5561         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5562                 /*
5563                  * We don't want to pressure a particular node.
5564                  * So adding penalty to the first node in same
5565                  * distance group to make it round-robin.
5566                  */
5567                 if (node_distance(local_node, node) !=
5568                     node_distance(local_node, prev_node))
5569                         node_load[node] = load;
5570
5571                 node_order[nr_nodes++] = node;
5572                 prev_node = node;
5573                 load--;
5574         }
5575
5576         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5577         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5578 }
5579
5580 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5581 /*
5582  * Return node id of node used for "local" allocations.
5583  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5584  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5585  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5586  */
5587 int local_memory_node(int node)
5588 {
5589         struct zoneref *z;
5590
5591         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5592                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5593                                    NULL);
5594         return zone_to_nid(z->zone);
5595 }
5596 #endif
5597
5598 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5599 static void setup_min_slab_ratio(void);
5600 #else   /* CONFIG_NUMA */
5601
5602 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5603 {
5604         int node, local_node;
5605         struct zoneref *zonerefs;
5606         int nr_zones;
5607
5608         local_node = pgdat->node_id;
5609
5610         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5611         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5612         zonerefs += nr_zones;
5613
5614         /*
5615          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5616          * of all the other nodes.
5617          * We don't want to pressure a particular node, so when
5618          * building the zones for node N, we make sure that the
5619          * zones coming right after the local ones are those from
5620          * node N+1 (modulo N)
5621          */
5622         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5623                 if (!node_online(node))
5624                         continue;
5625                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5626                 zonerefs += nr_zones;
5627         }
5628         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5629                 if (!node_online(node))
5630                         continue;
5631                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5632                 zonerefs += nr_zones;
5633         }
5634
5635         zonerefs->zone = NULL;
5636         zonerefs->zone_idx = 0;
5637 }
5638
5639 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5640
5641 /*
5642  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5643  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5644  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5645  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5646  * with interrupts disabled.
5647  *
5648  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5649  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5650  * hotplugged processors.
5651  *
5652  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5653  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5654  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5655  */
5656 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5657 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5658 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5659
5660 static void __build_all_zonelists(void *data)
5661 {
5662         int nid;
5663         int __maybe_unused cpu;
5664         pg_data_t *self = data;
5665         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5666
5667         spin_lock(&lock);
5668
5669 #ifdef CONFIG_NUMA
5670         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5671 #endif
5672
5673         /*
5674          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5675          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5676          */
5677         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5678                 build_zonelists(self);
5679         } else {
5680                 for_each_online_node(nid) {
5681                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5682
5683                         build_zonelists(pgdat);
5684                 }
5685
5686 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5687                 /*
5688                  * We now know the "local memory node" for each node--
5689                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5690                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5691                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5692                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5693                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5694                  */
5695                 for_each_online_cpu(cpu)
5696                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5697 #endif
5698         }
5699
5700         spin_unlock(&lock);
5701 }
5702
5703 static noinline void __init
5704 build_all_zonelists_init(void)
5705 {
5706         int cpu;
5707
5708         __build_all_zonelists(NULL);
5709
5710         /*
5711          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5712          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5713          * each zone will be allocated later when the per cpu
5714          * allocator is available.
5715          *
5716          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5717          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5718          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5719          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5720          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5721          * (a chicken-egg dilemma).
5722          */
5723         for_each_possible_cpu(cpu)
5724                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5725
5726         mminit_verify_zonelist();
5727         cpuset_init_current_mems_allowed();
5728 }
5729
5730 /*
5731  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5732  *
5733  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5734  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5735  */
5736 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5737 {
5738         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5739                 build_all_zonelists_init();
5740         } else {
5741                 __build_all_zonelists(pgdat);
5742                 /* cpuset refresh routine should be here */
5743         }
5744         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5745         /*
5746          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5747          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5748          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5749          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5750          * disabled and enable it later
5751          */
5752         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5753                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5754         else
5755                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5756
5757         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5758                 nr_online_nodes,
5759                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5760                 vm_total_pages);
5761 #ifdef CONFIG_NUMA
5762         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5763 #endif
5764 }
5765
5766 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5767 static bool __meminit
5768 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5769 {
5770 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5771         static struct memblock_region *r;
5772
5773         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5774                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5775                         for_each_memblock(memory, r) {
5776                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5777                                         break;
5778                         }
5779                 }
5780                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5781                     memblock_is_mirror(r)) {
5782                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5783                         return true;
5784                 }
5785         }
5786 #endif
5787         return false;
5788 }
5789
5790 /*
5791  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5792  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5793  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5794  */
5795 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5796                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5797                 struct vmem_altmap *altmap)
5798 {
5799         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5800         struct page *page;
5801
5802         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5803                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5804
5805 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5806         /*
5807          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5808          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5809          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5810          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5811          * the hotplug lock.
5812          */
5813         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5814                 if (!altmap)
5815                         return;
5816
5817                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5818                         start_pfn += altmap->reserve;
5819                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5820         }
5821 #endif
5822
5823         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5824                 /*
5825                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5826                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5827                  */
5828                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5829                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5830                                 continue;
5831                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5832                                 continue;
5833                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5834                                 continue;
5835                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5836                                 break;
5837                 }
5838
5839                 page = pfn_to_page(pfn);
5840                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5841                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5842                         __SetPageReserved(page);
5843
5844                 /*
5845                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5846                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5847                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5848                  * the address space during boot when many long-lived
5849                  * kernel allocations are made.
5850                  *
5851                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5852                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5853                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5854                  * pfn out of zone.
5855                  */
5856                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5857                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5858                         cond_resched();
5859                 }
5860         }
5861 }
5862
5863 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5864 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5865                                    unsigned long start_pfn,
5866                                    unsigned long size,
5867                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5868 {
5869         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5870         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5871         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5872         unsigned long start = jiffies;
5873         int nid = pgdat->node_id;
5874
5875         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5876                 return;
5877
5878         /*
5879          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5880          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5881          * the end of that region and start processing the device pages.
5882          */
5883         if (pgmap->altmap_valid) {
5884                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5885
5886                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5887                 size = end_pfn - start_pfn;
5888         }
5889
5890         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5891                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5892
5893                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5894
5895                 /*
5896                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5897                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5898                  *
5899                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5900                  * the flag as we are still initializing the pages.
5901                  */
5902                 __SetPageReserved(page);
5903
5904                 /*
5905                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5906                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5907                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5908                  */
5909                 page->pgmap = pgmap;
5910                 page->hmm_data = 0;
5911
5912                 /*
5913                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5914                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5915                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5916                  * the address space during boot when many long-lived
5917                  * kernel allocations are made.
5918                  *
5919                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5920                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5921                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5922                  * pfn out of zone.
5923                  *
5924                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5925                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5926                  */
5927                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5928                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5929                         cond_resched();
5930                 }
5931         }
5932
5933         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5934                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5935 }
5936
5937 #endif
5938 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5939 {
5940         unsigned int order, t;
5941         for_each_migratetype_order(order, t) {
5942                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5943                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5944         }
5945 }
5946
5947 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5948                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5949 {
5950         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5951 }
5952
5953 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5954 {
5955 #ifdef CONFIG_MMU
5956         int batch;
5957
5958         /*
5959          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5960          * size of the zone.
5961          */
5962         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5963         /* But no more than a meg. */
5964         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5965                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5966         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5967         if (batch < 1)
5968                 batch = 1;
5969
5970         /*
5971          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5972          * of 2 value was found to be more likely to have
5973          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5974          *
5975          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5976          * batches of pages, one task can end up with a lot
5977          * of pages of one half of the possible page colors
5978          * and the other with pages of the other colors.
5979          */
5980         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5981
5982         return batch;
5983
5984 #else
5985         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5986          * conditions.
5987          *
5988          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5989          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5990          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5991          *
5992          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5993          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5994          * can be a significant delay between the individual batches being
5995          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5996          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5997          */
5998         return 0;
5999 #endif
6000 }
6001
6002 /*
6003  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
6004  * ->batch must never be higher then ->high.
6005  * The following function updates them in a safe manner without read side
6006  * locking.
6007  *
6008  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
6009  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
6010  *
6011  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6012  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6013  * exist).
6014  */
6015 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6016                 unsigned long batch)
6017 {
6018        /* start with a fail safe value for batch */
6019         pcp->batch = 1;
6020         smp_wmb();
6021
6022        /* Update high, then batch, in order */
6023         pcp->high = high;
6024         smp_wmb();
6025
6026         pcp->batch = batch;
6027 }
6028
6029 /* a companion to pageset_set_high() */
6030 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6031 {
6032         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6033 }
6034
6035 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6036 {
6037         struct per_cpu_pages *pcp;
6038         int migratetype;
6039
6040         memset(p, 0, sizeof(*p));
6041
6042         pcp = &p->pcp;
6043         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6044                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6045 }
6046
6047 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6048 {
6049         pageset_init(p);
6050         pageset_set_batch(p, batch);
6051 }
6052
6053 /*
6054  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6055  * to the value high for the pageset p.
6056  */
6057 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6058                                 unsigned long high)
6059 {
6060         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6061         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6062                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6063
6064         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6065 }
6066
6067 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6068                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6069 {
6070         if (percpu_pagelist_fraction)
6071                 pageset_set_high(pcp,
6072                         (zone_managed_pages(zone) /
6073                                 percpu_pagelist_fraction));
6074         else
6075                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6076 }
6077
6078 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6079 {
6080         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6081
6082         pageset_init(pcp);
6083         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6084 }
6085
6086 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6087 {
6088         int cpu;
6089         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6090         for_each_possible_cpu(cpu)
6091                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6092 }
6093
6094 /*
6095  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6096  * Before this call only boot pagesets were available.
6097  */
6098 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6099 {
6100         struct pglist_data *pgdat;
6101         struct zone *zone;
6102
6103         for_each_populated_zone(zone)
6104                 setup_zone_pageset(zone);
6105
6106         for_each_online_pgdat(pgdat)
6107                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6108                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6109 }
6110
6111 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6112 {
6113         /*
6114          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6115          * relies on the ability of the linker to provide the
6116          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6117          */
6118         zone->pageset = &boot_pageset;
6119
6120         if (populated_zone(zone))
6121                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6122                         zone->name, zone->present_pages,
6123                                          zone_batchsize(zone));
6124 }
6125
6126 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6127                                         unsigned long zone_start_pfn,
6128                                         unsigned long size)
6129 {
6130         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6131         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6132
6133         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6134                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6135
6136         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6137
6138         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6139                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6140                         pgdat->node_id,
6141                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6142                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6143
6144         zone_init_free_lists(zone);
6145         zone->initialized = 1;
6146 }
6147
6148 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6149 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6150
6151 /*
6152  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6153  */
6154 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6155                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6156 {
6157         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6158         int nid;
6159
6160         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6161                 return state->last_nid;
6162
6163         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6164         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6165                 state->last_start = start_pfn;
6166                 state->last_end = end_pfn;
6167                 state->last_nid = nid;
6168         }
6169
6170         return nid;
6171 }
6172 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6173
6174 /**
6175  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6176  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6177  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6178  *
6179  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6180  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6181  * memblock_free_early_nid() manually.
6182  */
6183 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6184 {
6185         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6186         int i, this_nid;
6187
6188         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6189                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6190                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6191
6192                 if (start_pfn < end_pfn)
6193                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6194                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6195                                         this_nid);
6196         }
6197 }
6198
6199 /**
6200  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6201  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6202  *
6203  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6204  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6205  */
6206 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6207 {
6208         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6209         int i, this_nid;
6210
6211         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6212                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6213 }
6214
6215 /**
6216  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6217  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6218  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6219  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6220  *
6221  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6222  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6223  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6224  * PFNs will be 0.
6225  */
6226 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6227                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6228 {
6229         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6230         int i;
6231
6232         *start_pfn = -1UL;
6233         *end_pfn = 0;
6234
6235         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6236                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6237                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6238         }
6239
6240         if (*start_pfn == -1UL)
6241                 *start_pfn = 0;
6242 }
6243
6244 /*
6245  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6246  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6247  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6248  */
6249 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6250 {
6251         int zone_index;
6252         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6253                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6254                         continue;
6255
6256                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6257                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6258                         break;
6259         }
6260
6261         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6262         movable_zone = zone_index;
6263 }
6264
6265 /*
6266  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6267  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6268  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6269  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6270  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6271  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6272  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6273  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6274  */
6275 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6276                                         unsigned long zone_type,
6277                                         unsigned long node_start_pfn,
6278                                         unsigned long node_end_pfn,
6279                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6280                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6281 {
6282         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6283         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6284                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6285                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6286                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6287                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6288                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6289
6290                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6291                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6292                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6293                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6294                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6295
6296                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6297                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6298                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6299         }
6300 }
6301
6302 /*
6303  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6304  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6305  */
6306 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6307                                         unsigned long zone_type,
6308                                         unsigned long node_start_pfn,
6309                                         unsigned long node_end_pfn,
6310                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6311                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6312                                         unsigned long *ignored)
6313 {
6314         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6315         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6316         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6317         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6318                 return 0;
6319
6320         /* Get the start and end of the zone */
6321         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6322         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6323         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6324                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6325                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6326
6327         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6328         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6329                 return 0;
6330
6331         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6332         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6333         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6334
6335         /* Return the spanned pages */
6336         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6337 }
6338
6339 /*
6340  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6341  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6342  */
6343 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6344                                 unsigned long range_start_pfn,
6345                                 unsigned long range_end_pfn)
6346 {
6347         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6348         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6349         int i;
6350
6351         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6352                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6353                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6354                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6355         }
6356         return nr_absent;
6357 }
6358
6359 /**
6360  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6361  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6362  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6363  *
6364  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6365  */
6366 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6367                                                         unsigned long end_pfn)
6368 {
6369         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6370 }
6371
6372 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6373 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6374                                         unsigned long zone_type,
6375                                         unsigned long node_start_pfn,
6376                                         unsigned long node_end_pfn,
6377                                         unsigned long *ignored)
6378 {
6379         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6380         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6381         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6382         unsigned long nr_absent;
6383
6384         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6385         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6386                 return 0;
6387
6388         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6389         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6390
6391         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6392                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6393                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6394         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6395
6396         /*
6397          * ZONE_MOVABLE handling.
6398          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6399          * and vice versa.
6400          */
6401         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6402                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6403                 struct memblock_region *r;
6404
6405                 for_each_memblock(memory, r) {
6406                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6407                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6408                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6409                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6410
6411                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6412                             memblock_is_mirror(r))
6413                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6414
6415                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6416                             !memblock_is_mirror(r))
6417                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6418                 }
6419         }
6420
6421         return nr_absent;
6422 }
6423
6424 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6425 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6426                                         unsigned long zone_type,
6427                                         unsigned long node_start_pfn,
6428                                         unsigned long node_end_pfn,
6429                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6430                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6431                                         unsigned long *zones_size)
6432 {
6433         unsigned int zone;
6434
6435         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6436         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6437                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6438
6439         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6440
6441         return zones_size[zone_type];
6442 }
6443
6444 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6445                                                 unsigned long zone_type,
6446                                                 unsigned long node_start_pfn,
6447                                                 unsigned long node_end_pfn,
6448                                                 unsigned long *zholes_size)
6449 {
6450         if (!zholes_size)
6451                 return 0;
6452
6453         return zholes_size[zone_type];
6454 }
6455
6456 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6457
6458 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6459                                                 unsigned long node_start_pfn,
6460                                                 unsigned long node_end_pfn,
6461                                                 unsigned long *zones_size,
6462                                                 unsigned long *zholes_size)
6463 {
6464         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6465         enum zone_type i;
6466
6467         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6468                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6469                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6470                 unsigned long size, real_size;
6471
6472                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6473                                                   node_start_pfn,
6474                                                   node_end_pfn,
6475                                                   &zone_start_pfn,
6476                                                   &zone_end_pfn,
6477                                                   zones_size);
6478                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6479                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6480                                                   zholes_size);
6481                 if (size)
6482                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6483                 else
6484                         zone->zone_start_pfn = 0;
6485                 zone->spanned_pages = size;
6486                 zone->present_pages = real_size;
6487
6488                 totalpages += size;
6489                 realtotalpages += real_size;
6490         }
6491
6492         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6493         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6494         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6495                                                         realtotalpages);
6496 }
6497
6498 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6499 /*
6500  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6501  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6502  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6503  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6504  * bytes.
6505  */
6506 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6507 {
6508         unsigned long usemapsize;
6509
6510         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6511         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6512         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6513         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6514         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6515
6516         return usemapsize / 8;
6517 }
6518
6519 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6520                                 struct zone *zone,
6521                                 unsigned long zone_start_pfn,
6522                                 unsigned long zonesize)
6523 {
6524         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6525         zone->pageblock_flags = NULL;
6526         if (usemapsize) {
6527                 zone->pageblock_flags =
6528                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6529                                             pgdat->node_id);
6530                 if (!zone->pageblock_flags)
6531                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6532                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6533         }
6534 }
6535 #else
6536 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6537                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6538 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6539
6540 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6541
6542 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6543 void __init set_pageblock_order(void)
6544 {
6545         unsigned int order;
6546
6547         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6548         if (pageblock_order)
6549                 return;
6550
6551         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6552                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6553         else
6554                 order = MAX_ORDER - 1;
6555
6556         /*
6557          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6558          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6559          * powerpc.
6560          */
6561         pageblock_order = order;
6562 }
6563 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6564
6565 /*
6566  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6567  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6568  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6569  * the kernel config
6570  */
6571 void __init set_pageblock_order(void)
6572 {
6573 }
6574
6575 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6576
6577 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6578                                                 unsigned long present_pages)
6579 {
6580         unsigned long pages = spanned_pages;
6581
6582         /*
6583          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6584          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6585          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6586          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6587          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6588          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6589          */
6590         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6591             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6592                 pages = present_pages;
6593
6594         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6595 }
6596
6597 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6598 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6599 {
6600         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6601         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6602         pgdat->split_queue_len = 0;
6603 }
6604 #else
6605 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6606 #endif
6607
6608 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6609 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6610 {
6611         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6612 }
6613 #else
6614 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6615 #endif
6616
6617 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6618 {
6619         pgdat_resize_init(pgdat);
6620
6621         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6622         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6623
6624         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6625         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6626
6627         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6628         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6629         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6630 }
6631
6632 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6633                                                         unsigned long remaining_pages)
6634 {
6635         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6636         zone_set_nid(zone, nid);
6637         zone->name = zone_names[idx];
6638         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6639         spin_lock_init(&zone->lock);
6640         zone_seqlock_init(zone);
6641         zone_pcp_init(zone);
6642 }
6643
6644 /*
6645  * Set up the zone data structures
6646  * - init pgdat internals
6647  * - init all zones belonging to this node
6648  *
6649  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6650  */
6651 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6652 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6653 {
6654         enum zone_type z;
6655         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6656
6657         pgdat_init_internals(pgdat);
6658         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6659                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6660 }
6661 #endif
6662
6663 /*
6664  * Set up the zone data structures:
6665  *   - mark all pages reserved
6666  *   - mark all memory queues empty
6667  *   - clear the memory bitmaps
6668  *
6669  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6670  * NOTE: this function is only called during early init.
6671  */
6672 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6673 {
6674         enum zone_type j;
6675         int nid = pgdat->node_id;
6676
6677         pgdat_init_internals(pgdat);
6678         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6679
6680         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6681                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6682                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6683                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6684
6685                 size = zone->spanned_pages;
6686                 freesize = zone->present_pages;
6687
6688                 /*
6689                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6690                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6691                  * and per-cpu initialisations
6692                  */
6693                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6694                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6695                         if (freesize >= memmap_pages) {
6696                                 freesize -= memmap_pages;
6697                                 if (memmap_pages)
6698                                         printk(KERN_DEBUG
6699                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6700                                                zone_names[j], memmap_pages);
6701                         } else
6702                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6703                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6704                 }
6705
6706                 /* Account for reserved pages */
6707                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6708                         freesize -= dma_reserve;
6709                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6710                                         zone_names[0], dma_reserve);
6711                 }
6712
6713                 if (!is_highmem_idx(j))
6714                         nr_kernel_pages += freesize;
6715                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6716                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6717                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6718                 nr_all_pages += freesize;
6719
6720                 /*
6721                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6722                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6723                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6724                  */
6725                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6726
6727                 if (!size)
6728                         continue;
6729
6730                 set_pageblock_order();
6731                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6732                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6733                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6734         }
6735 }
6736
6737 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6738 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6739 {
6740         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6741         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6742
6743         /* Skip empty nodes */
6744         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6745                 return;
6746
6747         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6748         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6749         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6750         if (!pgdat->node_mem_map) {
6751                 unsigned long size, end;
6752                 struct page *map;
6753
6754                 /*
6755                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6756                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6757                  * for the buddy allocator to function correctly.
6758                  */
6759                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6760                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6761                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6762                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6763                                           pgdat->node_id);
6764                 if (!map)
6765                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6766                               size, pgdat->node_id);
6767                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6768         }
6769         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6770                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6771                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6772 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6773         /*
6774          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6775          */
6776         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6777                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6778 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6779                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6780                         mem_map -= offset;
6781 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6782         }
6783 #endif
6784 }
6785 #else
6786 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6787 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6788
6789 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6790 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6791 {
6792         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6793 }
6794 #else
6795 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6796 #endif
6797
6798 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6799                                    unsigned long node_start_pfn,
6800                                    unsigned long *zholes_size)
6801 {
6802         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6803         unsigned long start_pfn = 0;
6804         unsigned long end_pfn = 0;
6805
6806         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6807         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6808
6809         pgdat->node_id = nid;
6810         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6811         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6812 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6813         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6814         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6815                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6816                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6817 #else
6818         start_pfn = node_start_pfn;
6819 #endif
6820         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6821                                   zones_size, zholes_size);
6822
6823         alloc_node_mem_map(pgdat);
6824         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6825
6826         free_area_init_core(pgdat);
6827 }
6828
6829 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6830 /*
6831  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6832  * pages zeroed
6833  */
6834 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6835 {
6836         unsigned long pfn;
6837         u64 pgcnt = 0;
6838
6839         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6840                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6841                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6842                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6843                         continue;
6844                 }
6845                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6846                 pgcnt++;
6847         }
6848
6849         return pgcnt;
6850 }
6851
6852 /*
6853  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6854  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6855  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6856  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6857  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6858  *
6859  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6860  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6861  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6862  * layout is manually configured via memmap=.
6863  */
6864 void __init zero_resv_unavail(void)
6865 {
6866         phys_addr_t start, end;
6867         u64 i, pgcnt;
6868         phys_addr_t next = 0;
6869
6870         /*
6871          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6872          */
6873         pgcnt = 0;
6874         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6875                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6876                 if (next < start)
6877                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6878                 next = end;
6879         }
6880         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6881
6882         /*
6883          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6884          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6885          */
6886         if (pgcnt)
6887                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6888 }
6889 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6890
6891 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6892
6893 #if MAX_NUMNODES > 1
6894 /*
6895  * Figure out the number of possible node ids.
6896  */
6897 void __init setup_nr_node_ids(void)
6898 {
6899         unsigned int highest;
6900
6901         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6902         nr_node_ids = highest + 1;
6903 }
6904 #endif
6905
6906 /**
6907  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6908  *
6909  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6910  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6911  * all the nodes.
6912  *
6913  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6914  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6915  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6916  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6917  *
6918  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6919  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6920  * populated node map.
6921  *
6922  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6923  * requirement (single node).
6924  */
6925 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6926 {
6927         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6928         unsigned long start, end, mask;
6929         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6930         int i, nid;
6931
6932         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6933                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6934                         last_nid = nid;
6935                         last_end = end;
6936                         continue;
6937                 }
6938
6939                 /*
6940                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6941                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6942                  * too coarse to separate the current node from the last.
6943                  */
6944                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6945                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6946                         mask <<= 1;
6947
6948                 /* accumulate all internode masks */
6949                 accl_mask |= mask;
6950         }
6951
6952         /* convert mask to number of pages */
6953         return ~accl_mask + 1;
6954 }
6955
6956 /* Find the lowest pfn for a node */
6957 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6958 {
6959         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6960         unsigned long start_pfn;
6961         int i;
6962
6963         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6964                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6965
6966         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6967                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6968                 return 0;
6969         }
6970
6971         return min_pfn;
6972 }
6973
6974 /**
6975  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6976  *
6977  * Return: the minimum PFN based on information provided via
6978  * memblock_set_node().
6979  */
6980 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6981 {
6982         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6983 }
6984
6985 /*
6986  * early_calculate_totalpages()
6987  * Sum pages in active regions for movable zone.
6988  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6989  */
6990 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6991 {
6992         unsigned long totalpages = 0;
6993         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6994         int i, nid;
6995
6996         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6997                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6998
6999                 totalpages += pages;
7000                 if (pages)
7001                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7002         }
7003         return totalpages;
7004 }
7005
7006 /*
7007  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
7008  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
7009  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
7010  * others
7011  */
7012 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
7013 {
7014         int i, nid;
7015         unsigned long usable_startpfn;
7016         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7017         /* save the state before borrow the nodemask */
7018         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7019         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7020         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7021         struct memblock_region *r;
7022
7023         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7024         find_usable_zone_for_movable();
7025
7026         /*
7027          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7028          * options.
7029          */
7030         if (movable_node_is_enabled()) {
7031                 for_each_memblock(memory, r) {
7032                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7033                                 continue;
7034
7035                         nid = r->nid;
7036
7037                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7038                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7039                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7040                                 usable_startpfn;
7041                 }
7042
7043                 goto out2;
7044         }
7045
7046         /*
7047          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7048          */
7049         if (mirrored_kernelcore) {
7050                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7051
7052                 for_each_memblock(memory, r) {
7053                         if (memblock_is_mirror(r))
7054                                 continue;
7055
7056                         nid = r->nid;
7057
7058                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7059
7060                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7061                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7062                                 continue;
7063                         }
7064
7065                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7066                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7067                                 usable_startpfn;
7068                 }
7069
7070                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7071                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7072
7073                 goto out2;
7074         }
7075
7076         /*
7077          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7078          * amount of necessary memory.
7079          */
7080         if (required_kernelcore_percent)
7081                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7082                                        10000UL;
7083         if (required_movablecore_percent)
7084                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7085                                         10000UL;
7086
7087         /*
7088          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7089          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7090          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7091          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7092          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7093          * what movablecore would have allowed.
7094          */
7095         if (required_movablecore) {
7096                 unsigned long corepages;
7097
7098                 /*
7099                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7100                  * was requested by the user
7101                  */
7102                 required_movablecore =
7103                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7104                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7105                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7106
7107                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7108         }
7109
7110         /*
7111          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7112          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7113          */
7114         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7115                 goto out;
7116
7117         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7118         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7119
7120 restart:
7121         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7122         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7123         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7124                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7125
7126                 /*
7127                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7128                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7129                  * amount of memory for the kernel
7130                  */
7131                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7132                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7133
7134                 /*
7135                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7136                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7137                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7138                  */
7139                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7140
7141                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7142                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7143                         unsigned long size_pages;
7144
7145                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7146                         if (start_pfn >= end_pfn)
7147                                 continue;
7148
7149                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7150                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7151                                 unsigned long kernel_pages;
7152                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7153                                                                 - start_pfn;
7154
7155                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7156                                                         kernelcore_remaining);
7157                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7158                                                         required_kernelcore);
7159
7160                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7161                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7162
7163                                         /*
7164                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7165                                          * that if we have to rebalance
7166                                          * kernelcore across nodes, we will
7167                                          * not double account here
7168                                          */
7169                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7170                                         continue;
7171                                 }
7172                                 start_pfn = usable_startpfn;
7173                         }
7174
7175                         /*
7176                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7177                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7178                          * number of pages used as kernelcore
7179                          */
7180                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7181                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7182                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7183                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7184
7185                         /*
7186                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7187                          * break if the kernelcore for this node has been
7188                          * satisfied
7189                          */
7190                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7191                                                                 size_pages);
7192                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7193                         if (!kernelcore_remaining)
7194                                 break;
7195                 }
7196         }
7197
7198         /*
7199          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7200          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7201          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7202          * satisfied
7203          */
7204         usable_nodes--;
7205         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7206                 goto restart;
7207
7208 out2:
7209         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7210         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7211                 zone_movable_pfn[nid] =
7212                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7213
7214 out:
7215         /* restore the node_state */
7216         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7217 }
7218
7219 /* Any regular or high memory on that node ? */
7220 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7221 {
7222         enum zone_type zone_type;
7223
7224         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7225                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7226                 if (populated_zone(zone)) {
7227                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7228                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7229                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7230                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7231                         break;
7232                 }
7233         }
7234 }
7235
7236 /**
7237  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7238  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7239  *
7240  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7241  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7242  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7243  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7244  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7245  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7246  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7247  * at arch_max_dma_pfn.
7248  */
7249 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7250 {
7251         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7252         int i, nid;
7253
7254         /* Record where the zone boundaries are */
7255         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7256                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7257         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7258                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7259
7260         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7261
7262         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7263                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7264                         continue;
7265
7266                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7267                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7268                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7269
7270                 start_pfn = end_pfn;
7271         }
7272
7273         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7274         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7275         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7276
7277         /* Print out the zone ranges */
7278         pr_info("Zone ranges:\n");
7279         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7280                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7281                         continue;
7282                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7283                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7284                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7285                         pr_cont("empty\n");
7286                 else
7287                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7288                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7289                                         << PAGE_SHIFT,
7290                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7291                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7292         }
7293
7294         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7295         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7296         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7297                 if (zone_movable_pfn[i])
7298                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7299                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7300         }
7301
7302         /* Print out the early node map */
7303         pr_info("Early memory node ranges\n");
7304         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7305                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7306                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7307                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7308
7309         /* Initialise every node */
7310         mminit_verify_pageflags_layout();
7311         setup_nr_node_ids();
7312         zero_resv_unavail();
7313         for_each_online_node(nid) {
7314                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7315                 free_area_init_node(nid, NULL,
7316                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7317
7318                 /* Any memory on that node */
7319                 if (pgdat->node_present_pages)
7320                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7321                 check_for_memory(pgdat, nid);
7322         }
7323 }
7324
7325 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7326                                      unsigned long *percent)
7327 {
7328         unsigned long long coremem;
7329         char *endptr;
7330
7331         if (!p)
7332                 return -EINVAL;
7333
7334         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7335         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7336         if (*endptr == '%') {
7337                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7338                 WARN_ON(coremem > 100);
7339
7340                 *percent = coremem;
7341         } else {
7342                 coremem = memparse(p, &p);
7343                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7344                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7345
7346                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7347                 *percent = 0UL;
7348         }
7349         return 0;
7350 }
7351
7352 /*
7353  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7354  * cannot be reclaimed or migrated.
7355  */
7356 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7357 {
7358         /* parse kernelcore=mirror */
7359         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7360                 mirrored_kernelcore = true;
7361                 return 0;
7362         }
7363
7364         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7365                                   &required_kernelcore_percent);
7366 }
7367
7368 /*
7369  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7370  * can be reclaimed or migrated.
7371  */
7372 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7373 {
7374         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7375                                   &required_movablecore_percent);
7376 }
7377
7378 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7379 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7380
7381 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7382
7383 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7384 {
7385         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7386         totalram_pages_add(count);
7387 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7388         if (PageHighMem(page))
7389                 totalhigh_pages_add(count);
7390 #endif
7391 }
7392 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7393
7394 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7395 {
7396         void *pos;
7397         unsigned long pages = 0;
7398
7399         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7400         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7401         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7402                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7403                 void *direct_map_addr;
7404
7405                 /*
7406                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7407                  * because some architectures' virt_to_page()
7408                  * work with aliases.  Getting the direct map
7409                  * address ensures that we get a _writeable_
7410                  * alias for the memset().
7411                  */
7412                 direct_map_addr = page_address(page);
7413                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7414                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7415
7416                 free_reserved_page(page);
7417         }
7418
7419         if (pages && s)
7420                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7421                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7422
7423         return pages;
7424 }
7425
7426 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7427 void free_highmem_page(struct page *page)
7428 {
7429         __free_reserved_page(page);
7430         totalram_pages_inc();
7431         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7432         totalhigh_pages_inc();
7433 }
7434 #endif
7435
7436
7437 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7438 {
7439         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7440         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7441
7442         physpages = get_num_physpages();
7443         codesize = _etext - _stext;
7444         datasize = _edata - _sdata;
7445         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7446         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7447         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7448         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7449
7450         /*
7451          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7452          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7453          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7454          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7455          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7456          */
7457 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7458         do { \
7459                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7460                         size -= adj; \
7461         } while (0)
7462
7463         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7464                      _sinittext, init_code_size);
7465         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7466         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7467         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7468         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7469
7470 #undef  adj_init_size
7471
7472         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7473 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7474                 ", %luK highmem"
7475 #endif
7476                 "%s%s)\n",
7477                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7478                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7479                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7480                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7481                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7482                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7483 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7484                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7485 #endif
7486                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7487 }
7488
7489 /**
7490  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7491  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7492  *
7493  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7494  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7495  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7496  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7497  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7498  * smaller per-cpu batchsize.
7499  */
7500 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7501 {
7502         dma_reserve = new_dma_reserve;
7503 }
7504
7505 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7506 {
7507         zero_resv_unavail();
7508         free_area_init_node(0, zones_size,
7509                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7510 }
7511
7512 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7513 {
7514
7515         lru_add_drain_cpu(cpu);
7516         drain_pages(cpu);
7517
7518         /*
7519          * Spill the event counters of the dead processor
7520          * into the current processors event counters.
7521          * This artificially elevates the count of the current
7522          * processor.
7523          */
7524         vm_events_fold_cpu(cpu);
7525
7526         /*
7527          * Zero the differential counters of the dead processor
7528          * so that the vm statistics are consistent.
7529          *
7530          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7531          * race with what we are doing.
7532          */
7533         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7534         return 0;
7535 }
7536
7537 #ifdef CONFIG_NUMA
7538 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7539
7540 static int __init set_hashdist(char *str)
7541 {
7542         if (!str)
7543                 return 0;
7544         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7545         return 1;
7546 }
7547 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7548 #endif
7549
7550 void __init page_alloc_init(void)
7551 {
7552         int ret;
7553
7554 #ifdef CONFIG_NUMA
7555         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
7556                 hashdist = 0;
7557 #endif
7558
7559         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7560                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7561                                         page_alloc_cpu_dead);
7562         WARN_ON(ret < 0);
7563 }
7564
7565 /*
7566  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7567  *      or min_free_kbytes changes.
7568  */
7569 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7570 {
7571         struct pglist_data *pgdat;
7572         unsigned long reserve_pages = 0;
7573         enum zone_type i, j;
7574
7575         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7576
7577                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7578
7579                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7580                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7581                         long max = 0;
7582                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7583
7584                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7585                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7586                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7587                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7588                         }
7589
7590                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7591                         max += high_wmark_pages(zone);
7592
7593                         if (max > managed_pages)
7594                                 max = managed_pages;
7595
7596                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7597
7598                         reserve_pages += max;
7599                 }
7600         }
7601         totalreserve_pages = reserve_pages;
7602 }
7603
7604 /*
7605  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7606  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7607  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7608  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7609  */
7610 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7611 {
7612         struct pglist_data *pgdat;
7613         enum zone_type j, idx;
7614
7615         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7616                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7617                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7618                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7619
7620                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7621
7622                         idx = j;
7623                         while (idx) {
7624                                 struct zone *lower_zone;
7625
7626                                 idx--;
7627                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7628
7629                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7630                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7631                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7632                                 } else {
7633                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7634                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7635                                 }
7636                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7637                         }
7638                 }
7639         }
7640
7641         /* update totalreserve_pages */
7642         calculate_totalreserve_pages();
7643 }
7644
7645 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7646 {
7647         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7648         unsigned long lowmem_pages = 0;
7649         struct zone *zone;
7650         unsigned long flags;
7651
7652         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7653         for_each_zone(zone) {
7654                 if (!is_highmem(zone))
7655                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7656         }
7657
7658         for_each_zone(zone) {
7659                 u64 tmp;
7660
7661                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7662                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7663                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7664                 if (is_highmem(zone)) {
7665                         /*
7666                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7667                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7668                          * value here.
7669                          *
7670                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7671                          * deltas control async page reclaim, and so should
7672                          * not be capped for highmem.
7673                          */
7674                         unsigned long min_pages;
7675
7676                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7677                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7678                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7679                 } else {
7680                         /*
7681                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7682                          * proportionate to the zone's size.
7683                          */
7684                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7685                 }
7686
7687                 /*
7688                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7689                  * scale factor in proportion to available memory, but
7690                  * ensure a minimum size on small systems.
7691                  */
7692                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7693                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7694                                       watermark_scale_factor, 10000));
7695
7696                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7697                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7698                 zone->watermark_boost = 0;
7699
7700                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7701         }
7702
7703         /* update totalreserve_pages */
7704         calculate_totalreserve_pages();
7705 }
7706
7707 /**
7708  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7709  * or when memory is hot-{added|removed}
7710  *
7711  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7712  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7713  */
7714 void setup_per_zone_wmarks(void)
7715 {
7716         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7717
7718         spin_lock(&lock);
7719         __setup_per_zone_wmarks();
7720         spin_unlock(&lock);
7721 }
7722
7723 /*
7724  * Initialise min_free_kbytes.
7725  *
7726  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7727  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7728  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7729  *
7730  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7731  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7732  *
7733  * which yields
7734  *
7735  * 16MB:        512k
7736  * 32MB:        724k
7737  * 64MB:        1024k
7738  * 128MB:       1448k
7739  * 256MB:       2048k
7740  * 512MB:       2896k
7741  * 1024MB:      4096k
7742  * 2048MB:      5792k
7743  * 4096MB:      8192k
7744  * 8192MB:      11584k
7745  * 16384MB:     16384k
7746  */
7747 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7748 {
7749         unsigned long lowmem_kbytes;
7750         int new_min_free_kbytes;
7751
7752         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7753         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7754
7755         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7756                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7757                 if (min_free_kbytes < 128)
7758                         min_free_kbytes = 128;
7759                 if (min_free_kbytes > 65536)
7760                         min_free_kbytes = 65536;
7761         } else {
7762                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7763                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7764         }
7765         setup_per_zone_wmarks();
7766         refresh_zone_stat_thresholds();
7767         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7768
7769 #ifdef CONFIG_NUMA
7770         setup_min_unmapped_ratio();
7771         setup_min_slab_ratio();
7772 #endif
7773
7774         return 0;
7775 }
7776 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7777
7778 /*
7779  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7780  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7781  *      changes.
7782  */
7783 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7784         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7785 {
7786         int rc;
7787
7788         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7789         if (rc)
7790                 return rc;
7791
7792         if (write) {
7793                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7794                 setup_per_zone_wmarks();
7795         }
7796         return 0;
7797 }
7798
7799 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7800         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7801 {
7802         int rc;
7803
7804         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7805         if (rc)
7806                 return rc;
7807
7808         return 0;
7809 }
7810
7811 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7812         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7813 {
7814         int rc;
7815
7816         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7817         if (rc)
7818                 return rc;
7819
7820         if (write)
7821                 setup_per_zone_wmarks();
7822
7823         return 0;
7824 }
7825
7826 #ifdef CONFIG_NUMA
7827 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7828 {
7829         pg_data_t *pgdat;
7830         struct zone *zone;
7831
7832         for_each_online_pgdat(pgdat)
7833                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7834
7835         for_each_zone(zone)
7836                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7837                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7838 }
7839
7840
7841 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7842         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7843 {
7844         int rc;
7845
7846         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7847         if (rc)
7848                 return rc;
7849
7850         setup_min_unmapped_ratio();
7851
7852         return 0;
7853 }
7854
7855 static void setup_min_slab_ratio(void)
7856 {
7857         pg_data_t *pgdat;
7858         struct zone *zone;
7859
7860         for_each_online_pgdat(pgdat)
7861                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7862
7863         for_each_zone(zone)
7864                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7865                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7866 }
7867
7868 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7869         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7870 {
7871         int rc;
7872
7873         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7874         if (rc)
7875                 return rc;
7876
7877         setup_min_slab_ratio();
7878
7879         return 0;
7880 }
7881 #endif
7882
7883 /*
7884  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7885  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7886  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7887  *
7888  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7889  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7890  * if in function of the boot time zone sizes.
7891  */
7892 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7893         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7894 {
7895         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7896         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7897         return 0;
7898 }
7899
7900 /*
7901  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7902  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7903  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7904  */
7905 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7906         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7907 {
7908         struct zone *zone;
7909         int old_percpu_pagelist_fraction;
7910         int ret;
7911
7912         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7913         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7914
7915         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7916         if (!write || ret < 0)
7917                 goto out;
7918
7919         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7920         if (percpu_pagelist_fraction &&
7921             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7922                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7923                 ret = -EINVAL;
7924                 goto out;
7925         }
7926
7927         /* No change? */
7928         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7929                 goto out;
7930
7931         for_each_populated_zone(zone) {
7932                 unsigned int cpu;
7933
7934                 for_each_possible_cpu(cpu)
7935                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7936                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7937         }
7938 out:
7939         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7940         return ret;
7941 }
7942
7943 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7944 /*
7945  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7946  * is not known to alloc_large_system_hash().
7947  */
7948 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7949 {
7950         return 0;
7951 }
7952 #endif
7953
7954 /*
7955  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7956  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7957  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7958  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7959  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7960  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7961  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7962  */
7963 #if __BITS_PER_LONG > 32
7964 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7965 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7966 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7967 #endif
7968
7969 /*
7970  * allocate a large system hash table from bootmem
7971  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7972  *   quantity of entries
7973  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7974  */
7975 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7976                                      unsigned long bucketsize,
7977                                      unsigned long numentries,
7978                                      int scale,
7979                                      int flags,
7980                                      unsigned int *_hash_shift,
7981                                      unsigned int *_hash_mask,
7982                                      unsigned long low_limit,
7983                                      unsigned long high_limit)
7984 {
7985         unsigned long long max = high_limit;
7986         unsigned long log2qty, size;
7987         void *table = NULL;
7988         gfp_t gfp_flags;
7989         bool virt;
7990
7991         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7992         if (!numentries) {
7993                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7994                 numentries = nr_kernel_pages;
7995                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7996
7997                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7998                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7999                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
8000
8001 #if __BITS_PER_LONG > 32
8002                 if (!high_limit) {
8003                         unsigned long adapt;
8004
8005                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
8006                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
8007                                 scale++;
8008                 }
8009 #endif
8010
8011                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
8012                 if (scale > PAGE_SHIFT)
8013                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
8014                 else
8015                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
8016
8017                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
8018                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
8019                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8020                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8021                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8022                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8023                                 BUG_ON(!numentries);
8024                         }
8025                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8026                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8027         }
8028         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8029
8030         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8031         if (max == 0) {
8032                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8033                 do_div(max, bucketsize);
8034         }
8035         max = min(max, 0x80000000ULL);
8036
8037         if (numentries < low_limit)
8038                 numentries = low_limit;
8039         if (numentries > max)
8040                 numentries = max;
8041
8042         log2qty = ilog2(numentries);
8043
8044         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8045         do {
8046                 virt = false;
8047                 size = bucketsize << log2qty;
8048                 if (flags & HASH_EARLY) {
8049                         if (flags & HASH_ZERO)
8050                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8051                         else
8052                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8053                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8054                 } else if (get_order(size) >= MAX_ORDER || hashdist) {
8055                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8056                         virt = true;
8057                 } else {
8058                         /*
8059                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8060                          * some pages at the end of hash table which
8061                          * alloc_pages_exact() automatically does
8062                          */
8063                         table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8064                         kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8065                 }
8066         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8067
8068         if (!table)
8069                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8070
8071         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes, %s)\n",
8072                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size,
8073                 virt ? "vmalloc" : "linear");
8074
8075         if (_hash_shift)
8076                 *_hash_shift = log2qty;
8077         if (_hash_mask)
8078                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8079
8080         return table;
8081 }
8082
8083 /*
8084  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8085  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8086  *
8087  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8088  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8089  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8090  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8091  */
8092 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8093                          int migratetype, int flags)
8094 {
8095         unsigned long found;
8096         unsigned long iter = 0;
8097         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8098         const char *reason = "unmovable page";
8099
8100         /*
8101          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8102          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8103          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8104          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8105          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8106          */
8107
8108         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8109                 /*
8110                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8111                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8112                  * so consider them movable here.
8113                  */
8114                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8115                         return false;
8116
8117                 reason = "CMA page";
8118                 goto unmovable;
8119         }
8120
8121         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8122                 unsigned long check = pfn + iter;
8123
8124                 if (!pfn_valid_within(check))
8125                         continue;
8126
8127                 page = pfn_to_page(check);
8128
8129                 if (PageReserved(page))
8130                         goto unmovable;
8131
8132                 /*
8133                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8134                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8135                  * is movable.
8136                  */
8137                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8138                         continue;
8139
8140                 /*
8141                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8142                  * We need not scan over tail pages because we don't
8143                  * handle each tail page individually in migration.
8144                  */
8145                 if (PageHuge(page)) {
8146                         struct page *head = compound_head(page);
8147                         unsigned int skip_pages;
8148
8149                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8150                                 goto unmovable;
8151
8152                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8153                         iter += skip_pages - 1;
8154                         continue;
8155                 }
8156
8157                 /*
8158                  * We can't use page_count without pin a page
8159                  * because another CPU can free compound page.
8160                  * This check already skips compound tails of THP
8161                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8162                  */
8163                 if (!page_ref_count(page)) {
8164                         if (PageBuddy(page))
8165                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8166                         continue;
8167                 }
8168
8169                 /*
8170                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8171                  * page_count() is not 0.
8172                  */
8173                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8174                         continue;
8175
8176                 if (__PageMovable(page))
8177                         continue;
8178
8179                 if (!PageLRU(page))
8180                         found++;
8181                 /*
8182                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8183                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8184                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8185                  */
8186                 /*
8187                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8188                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8189                  *
8190                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8191                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8192                  * page at boot.
8193                  */
8194                 if (found > count)
8195                         goto unmovable;
8196         }
8197         return false;
8198 unmovable:
8199         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8200         if (flags & REPORT_FAILURE)
8201                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8202         return true;
8203 }
8204
8205 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8206 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8207 {
8208         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8209                              pageblock_nr_pages) - 1);
8210 }
8211
8212 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8213 {
8214         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8215                                 pageblock_nr_pages));
8216 }
8217
8218 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8219 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8220                                         unsigned long start, unsigned long end)
8221 {
8222         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8223         unsigned long nr_reclaimed;
8224         unsigned long pfn = start;
8225         unsigned int tries = 0;
8226         int ret = 0;
8227
8228         migrate_prep();
8229
8230         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8231                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8232                         ret = -EINTR;
8233                         break;
8234                 }
8235
8236                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8237                         cc->nr_migratepages = 0;
8238                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8239                         if (!pfn) {
8240                                 ret = -EINTR;
8241                                 break;
8242                         }
8243                         tries = 0;
8244                 } else if (++tries == 5) {
8245                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8246                         break;
8247                 }
8248
8249                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8250                                                         &cc->migratepages);
8251                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8252
8253                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8254                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8255         }
8256         if (ret < 0) {
8257                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8258                 return ret;
8259         }
8260         return 0;
8261 }
8262
8263 /**
8264  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8265  * @start:      start PFN to allocate
8266  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8267  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8268  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8269  *                      in range must have the same migratetype and it must
8270  *                      be either of the two.
8271  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8272  *
8273  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8274  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8275  *
8276  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8277  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8278  * be modified by others.
8279  *
8280  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8281  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8282  * need to be freed with free_contig_range().
8283  */
8284 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8285                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8286 {
8287         unsigned long outer_start, outer_end;
8288         unsigned int order;
8289         int ret = 0;
8290
8291         struct compact_control cc = {
8292                 .nr_migratepages = 0,
8293                 .order = -1,
8294                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8295                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8296                 .ignore_skip_hint = true,
8297                 .no_set_skip_hint = true,
8298                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8299         };
8300         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8301
8302         /*
8303          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8304          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8305          * have different sizes, and due to the way page allocator
8306          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8307          * that page allocator won't try to merge buddies from
8308          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8309          * other migration type.
8310          *
8311          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8312          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8313          * we are interested in).  This will put all the pages in
8314          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8315          *
8316          * When this is done, we take the pages in range from page
8317          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8318          * page allocator will never consider using them.
8319          *
8320          * This lets us mark the pageblocks back as
8321          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8322          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8323          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8324          */
8325
8326         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8327                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8328         if (ret < 0)
8329                 return ret;
8330
8331         /*
8332          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8333          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8334          * which will report the busy page.
8335          *
8336          * It is possible that busy pages could become available before
8337          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8338          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8339          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8340          */
8341         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8342         if (ret && ret != -EBUSY)
8343                 goto done;
8344         ret =0;
8345
8346         /*
8347          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8348          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8349          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8350          * What we are going to do is to allocate all pages from
8351          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8352          *
8353          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8354          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8355          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8356          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8357          * once this is done free the pages we are not interested in.
8358          *
8359          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8360          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8361          */
8362
8363         lru_add_drain_all();
8364
8365         order = 0;
8366         outer_start = start;
8367         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8368                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8369                         outer_start = start;
8370                         break;
8371                 }
8372                 outer_start &= ~0UL << order;
8373         }
8374
8375         if (outer_start != start) {
8376                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8377
8378                 /*
8379                  * outer_start page could be small order buddy page and
8380                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8381                  * in this case to report failed page properly
8382                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8383                  */
8384                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8385                         outer_start = start;
8386         }
8387
8388         /* Make sure the range is really isolated. */
8389         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8390                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8391                         __func__, outer_start, end);
8392                 ret = -EBUSY;
8393                 goto done;
8394         }
8395
8396         /* Grab isolated pages from freelists. */
8397         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8398         if (!outer_end) {
8399                 ret = -EBUSY;
8400                 goto done;
8401         }
8402
8403         /* Free head and tail (if any) */
8404         if (start != outer_start)
8405                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8406         if (end != outer_end)
8407                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8408
8409 done:
8410         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8411                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8412         return ret;
8413 }
8414 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8415
8416 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8417 {
8418         unsigned int count = 0;
8419
8420         for (; nr_pages--; pfn++) {
8421                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8422
8423                 count += page_count(page) != 1;
8424                 __free_page(page);
8425         }
8426         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8427 }
8428
8429 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8430 /*
8431  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8432  * page high values need to be recalulated.
8433  */
8434 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8435 {
8436         unsigned cpu;
8437         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8438         for_each_possible_cpu(cpu)
8439                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8440                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8441         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8442 }
8443 #endif
8444
8445 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8446 {
8447         unsigned long flags;
8448         int cpu;
8449         struct per_cpu_pageset *pset;
8450
8451         /* avoid races with drain_pages()  */
8452         local_irq_save(flags);
8453         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8454                 for_each_online_cpu(cpu) {
8455                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8456                         drain_zonestat(zone, pset);
8457                 }
8458                 free_percpu(zone->pageset);
8459                 zone->pageset = &boot_pageset;
8460         }
8461         local_irq_restore(flags);
8462 }
8463
8464 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8465 /*
8466  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8467  * before calling this.
8468  */
8469 unsigned long
8470 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8471 {
8472         struct page *page;
8473         struct zone *zone;
8474         unsigned int order, i;
8475         unsigned long pfn;
8476         unsigned long flags;
8477         unsigned long offlined_pages = 0;
8478
8479         /* find the first valid pfn */
8480         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8481                 if (pfn_valid(pfn))
8482                         break;
8483         if (pfn == end_pfn)
8484                 return offlined_pages;
8485
8486         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8487         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8488         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8489         pfn = start_pfn;
8490         while (pfn < end_pfn) {
8491                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8492                         pfn++;
8493                         continue;
8494                 }
8495                 page = pfn_to_page(pfn);
8496                 /*
8497                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8498                  * page_count() is not 0.
8499                  */
8500                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8501                         pfn++;
8502                         SetPageReserved(page);
8503                         offlined_pages++;
8504                         continue;
8505                 }
8506
8507                 BUG_ON(page_count(page));
8508                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8509                 order = page_order(page);
8510                 offlined_pages += 1 << order;
8511 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8512                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8513                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8514 #endif
8515                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8516                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8517                         SetPageReserved((page+i));
8518                 pfn += (1 << order);
8519         }
8520         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8521
8522         return offlined_pages;
8523 }
8524 #endif
8525
8526 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8527 {
8528         struct zone *zone = page_zone(page);
8529         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8530         unsigned long flags;
8531         unsigned int order;
8532
8533         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8534         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8535                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8536
8537                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8538                         break;
8539         }
8540         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8541
8542         return order < MAX_ORDER;
8543 }
8544
8545 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8546 /*
8547  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8548  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8549  * allocation.
8550  */
8551 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8552 {
8553         struct zone *zone = page_zone(page);
8554         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8555         unsigned long flags;
8556         unsigned int order;
8557         bool hwpoisoned = false;
8558
8559         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8560         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8561                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8562
8563                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8564                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8565                                 hwpoisoned = true;
8566                         break;
8567                 }
8568         }
8569         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8570
8571         return hwpoisoned;
8572 }
8573 #endif