]> asedeno.scripts.mit.edu Git - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
Merge tag 'v5.2' into next
[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/page_ext.h>
54 #include <linux/debugobjects.h>
55 #include <linux/kmemleak.h>
56 #include <linux/compaction.h>
57 #include <trace/events/kmem.h>
58 #include <trace/events/oom.h>
59 #include <linux/prefetch.h>
60 #include <linux/mm_inline.h>
61 #include <linux/migrate.h>
62 #include <linux/hugetlb.h>
63 #include <linux/sched/rt.h>
64 #include <linux/sched/mm.h>
65 #include <linux/page_owner.h>
66 #include <linux/kthread.h>
67 #include <linux/memcontrol.h>
68 #include <linux/ftrace.h>
69 #include <linux/lockdep.h>
70 #include <linux/nmi.h>
71 #include <linux/psi.h>
72
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/div64.h>
76 #include "internal.h"
77 #include "shuffle.h"
78
79 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
80 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
81 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION    (8)
82
83 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
84 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
85 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
86 #endif
87
88 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
89
90 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
91 /*
92  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
93  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
94  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
95  * defined in <linux/topology.h>.
96  */
97 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
98 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
99 int _node_numa_mem_[MAX_NUMNODES];
100 #endif
101
102 /* work_structs for global per-cpu drains */
103 struct pcpu_drain {
104         struct zone *zone;
105         struct work_struct work;
106 };
107 DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
108 DEFINE_PER_CPU(struct pcpu_drain, pcpu_drain);
109
110 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
111 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
112 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
113 #endif
114
115 /*
116  * Array of node states.
117  */
118 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
119         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
120         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
121 #ifndef CONFIG_NUMA
122         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
123 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
124         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
125 #endif
126         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
127         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
128 #endif  /* NUMA */
129 };
130 EXPORT_SYMBOL(node_states);
131
132 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
133 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
134 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
135 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
136
137 int percpu_pagelist_fraction;
138 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
139
140 /*
141  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
142  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
143  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
144  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
145  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
146  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
147  */
148 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
149 {
150         return page->index;
151 }
152
153 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
154 {
155         page->index = migratetype;
156 }
157
158 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
159 /*
160  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
161  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
162  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
163  * they should always be called with system_transition_mutex held
164  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
165  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
166  * with that modification).
167  */
168
169 static gfp_t saved_gfp_mask;
170
171 void pm_restore_gfp_mask(void)
172 {
173         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
174         if (saved_gfp_mask) {
175                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
176                 saved_gfp_mask = 0;
177         }
178 }
179
180 void pm_restrict_gfp_mask(void)
181 {
182         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
183         WARN_ON(saved_gfp_mask);
184         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
185         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
186 }
187
188 bool pm_suspended_storage(void)
189 {
190         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
191                 return false;
192         return true;
193 }
194 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
195
196 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
197 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
198 #endif
199
200 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order);
201
202 /*
203  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
204  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
205  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
206  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
207  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
208  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
209  *
210  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
211  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
212  */
213 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
214 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
215         [ZONE_DMA] = 256,
216 #endif
217 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
218         [ZONE_DMA32] = 256,
219 #endif
220         [ZONE_NORMAL] = 32,
221 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
222         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
223 #endif
224         [ZONE_MOVABLE] = 0,
225 };
226
227 EXPORT_SYMBOL(totalram_pages);
228
229 static char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
230 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
231          "DMA",
232 #endif
233 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
234          "DMA32",
235 #endif
236          "Normal",
237 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
238          "HighMem",
239 #endif
240          "Movable",
241 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
242          "Device",
243 #endif
244 };
245
246 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
247         "Unmovable",
248         "Movable",
249         "Reclaimable",
250         "HighAtomic",
251 #ifdef CONFIG_CMA
252         "CMA",
253 #endif
254 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
255         "Isolate",
256 #endif
257 };
258
259 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[] = {
260         NULL,
261         free_compound_page,
262 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
263         free_huge_page,
264 #endif
265 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
266         free_transhuge_page,
267 #endif
268 };
269
270 int min_free_kbytes = 1024;
271 int user_min_free_kbytes = -1;
272 #ifdef CONFIG_DISCONTIGMEM
273 /*
274  * DiscontigMem defines memory ranges as separate pg_data_t even if the ranges
275  * are not on separate NUMA nodes. Functionally this works but with
276  * watermark_boost_factor, it can reclaim prematurely as the ranges can be
277  * quite small. By default, do not boost watermarks on discontigmem as in
278  * many cases very high-order allocations like THP are likely to be
279  * unsupported and the premature reclaim offsets the advantage of long-term
280  * fragmentation avoidance.
281  */
282 int watermark_boost_factor __read_mostly;
283 #else
284 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
285 #endif
286 int watermark_scale_factor = 10;
287
288 static unsigned long nr_kernel_pages __initdata;
289 static unsigned long nr_all_pages __initdata;
290 static unsigned long dma_reserve __initdata;
291
292 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
293 static unsigned long arch_zone_lowest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
294 static unsigned long arch_zone_highest_possible_pfn[MAX_NR_ZONES] __initdata;
295 static unsigned long required_kernelcore __initdata;
296 static unsigned long required_kernelcore_percent __initdata;
297 static unsigned long required_movablecore __initdata;
298 static unsigned long required_movablecore_percent __initdata;
299 static unsigned long zone_movable_pfn[MAX_NUMNODES] __initdata;
300 static bool mirrored_kernelcore __meminitdata;
301
302 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
303 int movable_zone;
304 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
305 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
306
307 #if MAX_NUMNODES > 1
308 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
309 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
310 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
311 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
312 #endif
313
314 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
315
316 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
317 /*
318  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
319  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
320  * and we can permanently disable that path.
321  */
322 static DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
323
324 /*
325  * Calling kasan_free_pages() only after deferred memory initialization
326  * has completed. Poisoning pages during deferred memory init will greatly
327  * lengthen the process and cause problem in large memory systems as the
328  * deferred pages initialization is done with interrupt disabled.
329  *
330  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
331  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
332  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
333  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
334  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
335  * initialization is done, but this is not likely to happen.
336  */
337 static inline void kasan_free_nondeferred_pages(struct page *page, int order)
338 {
339         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages))
340                 kasan_free_pages(page, order);
341 }
342
343 /* Returns true if the struct page for the pfn is uninitialised */
344 static inline bool __meminit early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
345 {
346         int nid = early_pfn_to_nid(pfn);
347
348         if (node_online(nid) && pfn >= NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn)
349                 return true;
350
351         return false;
352 }
353
354 /*
355  * Returns true when the remaining initialisation should be deferred until
356  * later in the boot cycle when it can be parallelised.
357  */
358 static bool __meminit
359 defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
360 {
361         static unsigned long prev_end_pfn, nr_initialised;
362
363         /*
364          * prev_end_pfn static that contains the end of previous zone
365          * No need to protect because called very early in boot before smp_init.
366          */
367         if (prev_end_pfn != end_pfn) {
368                 prev_end_pfn = end_pfn;
369                 nr_initialised = 0;
370         }
371
372         /* Always populate low zones for address-constrained allocations */
373         if (end_pfn < pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid)))
374                 return false;
375
376         /*
377          * We start only with one section of pages, more pages are added as
378          * needed until the rest of deferred pages are initialized.
379          */
380         nr_initialised++;
381         if ((nr_initialised > PAGES_PER_SECTION) &&
382             (pfn & (PAGES_PER_SECTION - 1)) == 0) {
383                 NODE_DATA(nid)->first_deferred_pfn = pfn;
384                 return true;
385         }
386         return false;
387 }
388 #else
389 #define kasan_free_nondeferred_pages(p, o)      kasan_free_pages(p, o)
390
391 static inline bool early_page_uninitialised(unsigned long pfn)
392 {
393         return false;
394 }
395
396 static inline bool defer_init(int nid, unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
397 {
398         return false;
399 }
400 #endif
401
402 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
403 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(struct page *page,
404                                                         unsigned long pfn)
405 {
406 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
407         return __pfn_to_section(pfn)->pageblock_flags;
408 #else
409         return page_zone(page)->pageblock_flags;
410 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
411 }
412
413 static inline int pfn_to_bitidx(struct page *page, unsigned long pfn)
414 {
415 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
416         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
417         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
418 #else
419         pfn = pfn - round_down(page_zone(page)->zone_start_pfn, pageblock_nr_pages);
420         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
421 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
422 }
423
424 /**
425  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
426  * @page: The page within the block of interest
427  * @pfn: The target page frame number
428  * @end_bitidx: The last bit of interest to retrieve
429  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
430  *
431  * Return: pageblock_bits flags
432  */
433 static __always_inline unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(struct page *page,
434                                         unsigned long pfn,
435                                         unsigned long end_bitidx,
436                                         unsigned long mask)
437 {
438         unsigned long *bitmap;
439         unsigned long bitidx, word_bitidx;
440         unsigned long word;
441
442         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
443         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
444         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
445         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
446
447         word = bitmap[word_bitidx];
448         bitidx += end_bitidx;
449         return (word >> (BITS_PER_LONG - bitidx - 1)) & mask;
450 }
451
452 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long pfn,
453                                         unsigned long end_bitidx,
454                                         unsigned long mask)
455 {
456         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, end_bitidx, mask);
457 }
458
459 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, PB_migrate_end, MIGRATETYPE_MASK);
462 }
463
464 /**
465  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
466  * @page: The page within the block of interest
467  * @flags: The flags to set
468  * @pfn: The target page frame number
469  * @end_bitidx: The last bit of interest
470  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
471  */
472 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
473                                         unsigned long pfn,
474                                         unsigned long end_bitidx,
475                                         unsigned long mask)
476 {
477         unsigned long *bitmap;
478         unsigned long bitidx, word_bitidx;
479         unsigned long old_word, word;
480
481         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
482         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
483
484         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
485         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
486         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
487         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
488
489         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
490
491         bitidx += end_bitidx;
492         mask <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
493         flags <<= (BITS_PER_LONG - bitidx - 1);
494
495         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
496         for (;;) {
497                 old_word = cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], word, (word & ~mask) | flags);
498                 if (word == old_word)
499                         break;
500                 word = old_word;
501         }
502 }
503
504 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
505 {
506         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
507                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
508                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
509
510         set_pageblock_flags_group(page, (unsigned long)migratetype,
511                                         PB_migrate, PB_migrate_end);
512 }
513
514 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
515 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
516 {
517         int ret = 0;
518         unsigned seq;
519         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
520         unsigned long sp, start_pfn;
521
522         do {
523                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
524                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
525                 sp = zone->spanned_pages;
526                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
527                         ret = 1;
528         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
529
530         if (ret)
531                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
532                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
533                         start_pfn, start_pfn + sp);
534
535         return ret;
536 }
537
538 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
539 {
540         if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page)))
541                 return 0;
542         if (zone != page_zone(page))
543                 return 0;
544
545         return 1;
546 }
547 /*
548  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
549  */
550 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
551 {
552         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
553                 return 1;
554         if (!page_is_consistent(zone, page))
555                 return 1;
556
557         return 0;
558 }
559 #else
560 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
561 {
562         return 0;
563 }
564 #endif
565
566 static void bad_page(struct page *page, const char *reason,
567                 unsigned long bad_flags)
568 {
569         static unsigned long resume;
570         static unsigned long nr_shown;
571         static unsigned long nr_unshown;
572
573         /*
574          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
575          * or allow a steady drip of one report per second.
576          */
577         if (nr_shown == 60) {
578                 if (time_before(jiffies, resume)) {
579                         nr_unshown++;
580                         goto out;
581                 }
582                 if (nr_unshown) {
583                         pr_alert(
584                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
585                                 nr_unshown);
586                         nr_unshown = 0;
587                 }
588                 nr_shown = 0;
589         }
590         if (nr_shown++ == 0)
591                 resume = jiffies + 60 * HZ;
592
593         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
594                 current->comm, page_to_pfn(page));
595         __dump_page(page, reason);
596         bad_flags &= page->flags;
597         if (bad_flags)
598                 pr_alert("bad because of flags: %#lx(%pGp)\n",
599                                                 bad_flags, &bad_flags);
600         dump_page_owner(page);
601
602         print_modules();
603         dump_stack();
604 out:
605         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
606         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
607         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
608 }
609
610 /*
611  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
612  *
613  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
614  *
615  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
616  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
617  *
618  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
619  * page destructors. See compound_page_dtors.
620  *
621  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
622  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
623  */
624
625 void free_compound_page(struct page *page)
626 {
627         __free_pages_ok(page, compound_order(page));
628 }
629
630 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
631 {
632         int i;
633         int nr_pages = 1 << order;
634
635         set_compound_page_dtor(page, COMPOUND_PAGE_DTOR);
636         set_compound_order(page, order);
637         __SetPageHead(page);
638         for (i = 1; i < nr_pages; i++) {
639                 struct page *p = page + i;
640                 set_page_count(p, 0);
641                 p->mapping = TAIL_MAPPING;
642                 set_compound_head(p, page);
643         }
644         atomic_set(compound_mapcount_ptr(page), -1);
645 }
646
647 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
648 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
649 bool _debug_pagealloc_enabled __read_mostly
650                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
651 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
652 bool _debug_guardpage_enabled __read_mostly;
653
654 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
655 {
656         if (!buf)
657                 return -EINVAL;
658         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled);
659 }
660 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
661
662 static bool need_debug_guardpage(void)
663 {
664         /* If we don't use debug_pagealloc, we don't need guard page */
665         if (!debug_pagealloc_enabled())
666                 return false;
667
668         if (!debug_guardpage_minorder())
669                 return false;
670
671         return true;
672 }
673
674 static void init_debug_guardpage(void)
675 {
676         if (!debug_pagealloc_enabled())
677                 return;
678
679         if (!debug_guardpage_minorder())
680                 return;
681
682         _debug_guardpage_enabled = true;
683 }
684
685 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops = {
686         .need = need_debug_guardpage,
687         .init = init_debug_guardpage,
688 };
689
690 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
691 {
692         unsigned long res;
693
694         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
695                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
696                 return 0;
697         }
698         _debug_guardpage_minorder = res;
699         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
700         return 0;
701 }
702 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
703
704 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
705                                 unsigned int order, int migratetype)
706 {
707         struct page_ext *page_ext;
708
709         if (!debug_guardpage_enabled())
710                 return false;
711
712         if (order >= debug_guardpage_minorder())
713                 return false;
714
715         page_ext = lookup_page_ext(page);
716         if (unlikely(!page_ext))
717                 return false;
718
719         __set_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
720
721         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
722         set_page_private(page, order);
723         /* Guard pages are not available for any usage */
724         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
725
726         return true;
727 }
728
729 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
730                                 unsigned int order, int migratetype)
731 {
732         struct page_ext *page_ext;
733
734         if (!debug_guardpage_enabled())
735                 return;
736
737         page_ext = lookup_page_ext(page);
738         if (unlikely(!page_ext))
739                 return;
740
741         __clear_bit(PAGE_EXT_DEBUG_GUARD, &page_ext->flags);
742
743         set_page_private(page, 0);
744         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
745                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
746 }
747 #else
748 struct page_ext_operations debug_guardpage_ops;
749 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
750                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
751 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
752                                 unsigned int order, int migratetype) {}
753 #endif
754
755 static inline void set_page_order(struct page *page, unsigned int order)
756 {
757         set_page_private(page, order);
758         __SetPageBuddy(page);
759 }
760
761 /*
762  * This function checks whether a page is free && is the buddy
763  * we can coalesce a page and its buddy if
764  * (a) the buddy is not in a hole (check before calling!) &&
765  * (b) the buddy is in the buddy system &&
766  * (c) a page and its buddy have the same order &&
767  * (d) a page and its buddy are in the same zone.
768  *
769  * For recording whether a page is in the buddy system, we set PageBuddy.
770  * Setting, clearing, and testing PageBuddy is serialized by zone->lock.
771  *
772  * For recording page's order, we use page_private(page).
773  */
774 static inline int page_is_buddy(struct page *page, struct page *buddy,
775                                                         unsigned int order)
776 {
777         if (page_is_guard(buddy) && page_order(buddy) == order) {
778                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
779                         return 0;
780
781                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
782
783                 return 1;
784         }
785
786         if (PageBuddy(buddy) && page_order(buddy) == order) {
787                 /*
788                  * zone check is done late to avoid uselessly
789                  * calculating zone/node ids for pages that could
790                  * never merge.
791                  */
792                 if (page_zone_id(page) != page_zone_id(buddy))
793                         return 0;
794
795                 VM_BUG_ON_PAGE(page_count(buddy) != 0, buddy);
796
797                 return 1;
798         }
799         return 0;
800 }
801
802 #ifdef CONFIG_COMPACTION
803 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
804 {
805         struct capture_control *capc = current->capture_control;
806
807         return capc &&
808                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
809                 !capc->page &&
810                 capc->cc->zone == zone &&
811                 capc->cc->direct_compaction ? capc : NULL;
812 }
813
814 static inline bool
815 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
816                    int order, int migratetype)
817 {
818         if (!capc || order != capc->cc->order)
819                 return false;
820
821         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
822         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
823             is_migrate_isolate(migratetype))
824                 return false;
825
826         /*
827          * Do not let lower order allocations polluate a movable pageblock.
828          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
829          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
830          * have trouble finding a high-order free page.
831          */
832         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
833                 return false;
834
835         capc->page = page;
836         return true;
837 }
838
839 #else
840 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
841 {
842         return NULL;
843 }
844
845 static inline bool
846 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
847                    int order, int migratetype)
848 {
849         return false;
850 }
851 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
852
853 /*
854  * Freeing function for a buddy system allocator.
855  *
856  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
857  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
858  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
859  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
860  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
861  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
862  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
863  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
864  * parts of the VM system.
865  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
866  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
867  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
868  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
869  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
870  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
871  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
872  * triggers coalescing into a block of larger size.
873  *
874  * -- nyc
875  */
876
877 static inline void __free_one_page(struct page *page,
878                 unsigned long pfn,
879                 struct zone *zone, unsigned int order,
880                 int migratetype)
881 {
882         unsigned long combined_pfn;
883         unsigned long uninitialized_var(buddy_pfn);
884         struct page *buddy;
885         unsigned int max_order;
886         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
887
888         max_order = min_t(unsigned int, MAX_ORDER, pageblock_order + 1);
889
890         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
891         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
892
893         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
894         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
895                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
896
897         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
898         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
899
900 continue_merging:
901         while (order < max_order - 1) {
902                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
903                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
904                                                                 migratetype);
905                         return;
906                 }
907                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
908                 buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
909
910                 if (!pfn_valid_within(buddy_pfn))
911                         goto done_merging;
912                 if (!page_is_buddy(page, buddy, order))
913                         goto done_merging;
914                 /*
915                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
916                  * merge with it and move up one order.
917                  */
918                 if (page_is_guard(buddy))
919                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
920                 else
921                         del_page_from_free_area(buddy, &zone->free_area[order]);
922                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
923                 page = page + (combined_pfn - pfn);
924                 pfn = combined_pfn;
925                 order++;
926         }
927         if (max_order < MAX_ORDER) {
928                 /* If we are here, it means order is >= pageblock_order.
929                  * We want to prevent merge between freepages on isolate
930                  * pageblock and normal pageblock. Without this, pageblock
931                  * isolation could cause incorrect freepage or CMA accounting.
932                  *
933                  * We don't want to hit this code for the more frequent
934                  * low-order merging.
935                  */
936                 if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone))) {
937                         int buddy_mt;
938
939                         buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, order);
940                         buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
941                         buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
942
943                         if (migratetype != buddy_mt
944                                         && (is_migrate_isolate(migratetype) ||
945                                                 is_migrate_isolate(buddy_mt)))
946                                 goto done_merging;
947                 }
948                 max_order++;
949                 goto continue_merging;
950         }
951
952 done_merging:
953         set_page_order(page, order);
954
955         /*
956          * If this is not the largest possible page, check if the buddy
957          * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
958          * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
959          * that is happening, add the free page to the tail of the list
960          * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
961          * as a higher order page
962          */
963         if ((order < MAX_ORDER-2) && pfn_valid_within(buddy_pfn)
964                         && !is_shuffle_order(order)) {
965                 struct page *higher_page, *higher_buddy;
966                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
967                 higher_page = page + (combined_pfn - pfn);
968                 buddy_pfn = __find_buddy_pfn(combined_pfn, order + 1);
969                 higher_buddy = higher_page + (buddy_pfn - combined_pfn);
970                 if (pfn_valid_within(buddy_pfn) &&
971                     page_is_buddy(higher_page, higher_buddy, order + 1)) {
972                         add_to_free_area_tail(page, &zone->free_area[order],
973                                               migratetype);
974                         return;
975                 }
976         }
977
978         if (is_shuffle_order(order))
979                 add_to_free_area_random(page, &zone->free_area[order],
980                                 migratetype);
981         else
982                 add_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
983
984 }
985
986 /*
987  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
988  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
989  * check if necessary.
990  */
991 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
992                                         unsigned long check_flags)
993 {
994         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
995                 return false;
996
997         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
998                         page_ref_count(page) |
999 #ifdef CONFIG_MEMCG
1000                         (unsigned long)page->mem_cgroup |
1001 #endif
1002                         (page->flags & check_flags)))
1003                 return false;
1004
1005         return true;
1006 }
1007
1008 static void free_pages_check_bad(struct page *page)
1009 {
1010         const char *bad_reason;
1011         unsigned long bad_flags;
1012
1013         bad_reason = NULL;
1014         bad_flags = 0;
1015
1016         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1017                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1018         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1019                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1020         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1021                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1022         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)) {
1023                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1024                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE;
1025         }
1026 #ifdef CONFIG_MEMCG
1027         if (unlikely(page->mem_cgroup))
1028                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1029 #endif
1030         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
1031 }
1032
1033 static inline int free_pages_check(struct page *page)
1034 {
1035         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1036                 return 0;
1037
1038         /* Something has gone sideways, find it */
1039         free_pages_check_bad(page);
1040         return 1;
1041 }
1042
1043 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1044 {
1045         int ret = 1;
1046
1047         /*
1048          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1049          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1050          */
1051         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1052
1053         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1054                 ret = 0;
1055                 goto out;
1056         }
1057         switch (page - head_page) {
1058         case 1:
1059                 /* the first tail page: ->mapping may be compound_mapcount() */
1060                 if (unlikely(compound_mapcount(page))) {
1061                         bad_page(page, "nonzero compound_mapcount", 0);
1062                         goto out;
1063                 }
1064                 break;
1065         case 2:
1066                 /*
1067                  * the second tail page: ->mapping is
1068                  * deferred_list.next -- ignore value.
1069                  */
1070                 break;
1071         default:
1072                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1073                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page", 0);
1074                         goto out;
1075                 }
1076                 break;
1077         }
1078         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1079                 bad_page(page, "PageTail not set", 0);
1080                 goto out;
1081         }
1082         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1083                 bad_page(page, "compound_head not consistent", 0);
1084                 goto out;
1085         }
1086         ret = 0;
1087 out:
1088         page->mapping = NULL;
1089         clear_compound_head(page);
1090         return ret;
1091 }
1092
1093 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1094                                         unsigned int order, bool check_free)
1095 {
1096         int bad = 0;
1097
1098         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1099
1100         trace_mm_page_free(page, order);
1101
1102         /*
1103          * Check tail pages before head page information is cleared to
1104          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1105          */
1106         if (unlikely(order)) {
1107                 bool compound = PageCompound(page);
1108                 int i;
1109
1110                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1111
1112                 if (compound)
1113                         ClearPageDoubleMap(page);
1114                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1115                         if (compound)
1116                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1117                         if (unlikely(free_pages_check(page + i))) {
1118                                 bad++;
1119                                 continue;
1120                         }
1121                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1122                 }
1123         }
1124         if (PageMappingFlags(page))
1125                 page->mapping = NULL;
1126         if (memcg_kmem_enabled() && PageKmemcg(page))
1127                 __memcg_kmem_uncharge(page, order);
1128         if (check_free)
1129                 bad += free_pages_check(page);
1130         if (bad)
1131                 return false;
1132
1133         page_cpupid_reset_last(page);
1134         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1135         reset_page_owner(page, order);
1136
1137         if (!PageHighMem(page)) {
1138                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1139                                            PAGE_SIZE << order);
1140                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1141                                            PAGE_SIZE << order);
1142         }
1143         arch_free_page(page, order);
1144         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 0);
1145         if (debug_pagealloc_enabled())
1146                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 0);
1147
1148         kasan_free_nondeferred_pages(page, order);
1149
1150         return true;
1151 }
1152
1153 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
1154 static inline bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1155 {
1156         return free_pages_prepare(page, 0, true);
1157 }
1158
1159 static inline bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1160 {
1161         return false;
1162 }
1163 #else
1164 static bool free_pcp_prepare(struct page *page)
1165 {
1166         return free_pages_prepare(page, 0, false);
1167 }
1168
1169 static bool bulkfree_pcp_prepare(struct page *page)
1170 {
1171         return free_pages_check(page);
1172 }
1173 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
1174
1175 static inline void prefetch_buddy(struct page *page)
1176 {
1177         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1178         unsigned long buddy_pfn = __find_buddy_pfn(pfn, 0);
1179         struct page *buddy = page + (buddy_pfn - pfn);
1180
1181         prefetch(buddy);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Frees a number of pages from the PCP lists
1186  * Assumes all pages on list are in same zone, and of same order.
1187  * count is the number of pages to free.
1188  *
1189  * If the zone was previously in an "all pages pinned" state then look to
1190  * see if this freeing clears that state.
1191  *
1192  * And clear the zone's pages_scanned counter, to hold off the "all pages are
1193  * pinned" detection logic.
1194  */
1195 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1196                                         struct per_cpu_pages *pcp)
1197 {
1198         int migratetype = 0;
1199         int batch_free = 0;
1200         int prefetch_nr = 0;
1201         bool isolated_pageblocks;
1202         struct page *page, *tmp;
1203         LIST_HEAD(head);
1204
1205         while (count) {
1206                 struct list_head *list;
1207
1208                 /*
1209                  * Remove pages from lists in a round-robin fashion. A
1210                  * batch_free count is maintained that is incremented when an
1211                  * empty list is encountered.  This is so more pages are freed
1212                  * off fuller lists instead of spinning excessively around empty
1213                  * lists
1214                  */
1215                 do {
1216                         batch_free++;
1217                         if (++migratetype == MIGRATE_PCPTYPES)
1218                                 migratetype = 0;
1219                         list = &pcp->lists[migratetype];
1220                 } while (list_empty(list));
1221
1222                 /* This is the only non-empty list. Free them all. */
1223                 if (batch_free == MIGRATE_PCPTYPES)
1224                         batch_free = count;
1225
1226                 do {
1227                         page = list_last_entry(list, struct page, lru);
1228                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1229                         list_del(&page->lru);
1230                         pcp->count--;
1231
1232                         if (bulkfree_pcp_prepare(page))
1233                                 continue;
1234
1235                         list_add_tail(&page->lru, &head);
1236
1237                         /*
1238                          * We are going to put the page back to the global
1239                          * pool, prefetch its buddy to speed up later access
1240                          * under zone->lock. It is believed the overhead of
1241                          * an additional test and calculating buddy_pfn here
1242                          * can be offset by reduced memory latency later. To
1243                          * avoid excessive prefetching due to large count, only
1244                          * prefetch buddy for the first pcp->batch nr of pages.
1245                          */
1246                         if (prefetch_nr++ < pcp->batch)
1247                                 prefetch_buddy(page);
1248                 } while (--count && --batch_free && !list_empty(list));
1249         }
1250
1251         spin_lock(&zone->lock);
1252         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1253
1254         /*
1255          * Use safe version since after __free_one_page(),
1256          * page->lru.next will not point to original list.
1257          */
1258         list_for_each_entry_safe(page, tmp, &head, lru) {
1259                 int mt = get_pcppage_migratetype(page);
1260                 /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1261                 VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1262                 /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1263                 if (unlikely(isolated_pageblocks))
1264                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1265
1266                 __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, 0, mt);
1267                 trace_mm_page_pcpu_drain(page, 0, mt);
1268         }
1269         spin_unlock(&zone->lock);
1270 }
1271
1272 static void free_one_page(struct zone *zone,
1273                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1274                                 unsigned int order,
1275                                 int migratetype)
1276 {
1277         spin_lock(&zone->lock);
1278         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1279                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1280                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1281         }
1282         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype);
1283         spin_unlock(&zone->lock);
1284 }
1285
1286 static void __meminit __init_single_page(struct page *page, unsigned long pfn,
1287                                 unsigned long zone, int nid)
1288 {
1289         mm_zero_struct_page(page);
1290         set_page_links(page, zone, nid, pfn);
1291         init_page_count(page);
1292         page_mapcount_reset(page);
1293         page_cpupid_reset_last(page);
1294         page_kasan_tag_reset(page);
1295
1296         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1297 #ifdef WANT_PAGE_VIRTUAL
1298         /* The shift won't overflow because ZONE_NORMAL is below 4G. */
1299         if (!is_highmem_idx(zone))
1300                 set_page_address(page, __va(pfn << PAGE_SHIFT));
1301 #endif
1302 }
1303
1304 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1305 static void __meminit init_reserved_page(unsigned long pfn)
1306 {
1307         pg_data_t *pgdat;
1308         int nid, zid;
1309
1310         if (!early_page_uninitialised(pfn))
1311                 return;
1312
1313         nid = early_pfn_to_nid(pfn);
1314         pgdat = NODE_DATA(nid);
1315
1316         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1317                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zid];
1318
1319                 if (pfn >= zone->zone_start_pfn && pfn < zone_end_pfn(zone))
1320                         break;
1321         }
1322         __init_single_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zid, nid);
1323 }
1324 #else
1325 static inline void init_reserved_page(unsigned long pfn)
1326 {
1327 }
1328 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1329
1330 /*
1331  * Initialised pages do not have PageReserved set. This function is
1332  * called for each range allocated by the bootmem allocator and
1333  * marks the pages PageReserved. The remaining valid pages are later
1334  * sent to the buddy page allocator.
1335  */
1336 void __meminit reserve_bootmem_region(phys_addr_t start, phys_addr_t end)
1337 {
1338         unsigned long start_pfn = PFN_DOWN(start);
1339         unsigned long end_pfn = PFN_UP(end);
1340
1341         for (; start_pfn < end_pfn; start_pfn++) {
1342                 if (pfn_valid(start_pfn)) {
1343                         struct page *page = pfn_to_page(start_pfn);
1344
1345                         init_reserved_page(start_pfn);
1346
1347                         /* Avoid false-positive PageTail() */
1348                         INIT_LIST_HEAD(&page->lru);
1349
1350                         /*
1351                          * no need for atomic set_bit because the struct
1352                          * page is not visible yet so nobody should
1353                          * access it yet.
1354                          */
1355                         __SetPageReserved(page);
1356                 }
1357         }
1358 }
1359
1360 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order)
1361 {
1362         unsigned long flags;
1363         int migratetype;
1364         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1365
1366         if (!free_pages_prepare(page, order, true))
1367                 return;
1368
1369         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1370         local_irq_save(flags);
1371         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1372         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype);
1373         local_irq_restore(flags);
1374 }
1375
1376 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1377 {
1378         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1379         struct page *p = page;
1380         unsigned int loop;
1381
1382         prefetchw(p);
1383         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1384                 prefetchw(p + 1);
1385                 __ClearPageReserved(p);
1386                 set_page_count(p, 0);
1387         }
1388         __ClearPageReserved(p);
1389         set_page_count(p, 0);
1390
1391         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1392         set_page_refcounted(page);
1393         __free_pages(page, order);
1394 }
1395
1396 #if defined(CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID) || \
1397         defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP)
1398
1399 static struct mminit_pfnnid_cache early_pfnnid_cache __meminitdata;
1400
1401 int __meminit early_pfn_to_nid(unsigned long pfn)
1402 {
1403         static DEFINE_SPINLOCK(early_pfn_lock);
1404         int nid;
1405
1406         spin_lock(&early_pfn_lock);
1407         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1408         if (nid < 0)
1409                 nid = first_online_node;
1410         spin_unlock(&early_pfn_lock);
1411
1412         return nid;
1413 }
1414 #endif
1415
1416 #ifdef CONFIG_NODES_SPAN_OTHER_NODES
1417 /* Only safe to use early in boot when initialisation is single-threaded */
1418 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1419 {
1420         int nid;
1421
1422         nid = __early_pfn_to_nid(pfn, &early_pfnnid_cache);
1423         if (nid >= 0 && nid != node)
1424                 return false;
1425         return true;
1426 }
1427
1428 #else
1429 static inline bool __meminit early_pfn_in_nid(unsigned long pfn, int node)
1430 {
1431         return true;
1432 }
1433 #endif
1434
1435
1436 void __init memblock_free_pages(struct page *page, unsigned long pfn,
1437                                                         unsigned int order)
1438 {
1439         if (early_page_uninitialised(pfn))
1440                 return;
1441         __free_pages_core(page, order);
1442 }
1443
1444 /*
1445  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1446  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1447  * with the migration of free compaction scanner. The scanners then need to
1448  * use only pfn_valid_within() check for arches that allow holes within
1449  * pageblocks.
1450  *
1451  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1452  *
1453  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1454  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1455  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1456  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1457  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1458  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1459  * page in a pageblock.
1460  */
1461 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1462                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1463 {
1464         struct page *start_page;
1465         struct page *end_page;
1466
1467         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1468         end_pfn--;
1469
1470         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1471                 return NULL;
1472
1473         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1474         if (!start_page)
1475                 return NULL;
1476
1477         if (page_zone(start_page) != zone)
1478                 return NULL;
1479
1480         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1481
1482         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1483         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1484                 return NULL;
1485
1486         return start_page;
1487 }
1488
1489 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1490 {
1491         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1492         unsigned long block_end_pfn;
1493
1494         block_end_pfn = ALIGN(block_start_pfn + 1, pageblock_nr_pages);
1495         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1496                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1497                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1498
1499                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1500
1501                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1502                                              block_end_pfn, zone))
1503                         return;
1504         }
1505
1506         /* We confirm that there is no hole */
1507         zone->contiguous = true;
1508 }
1509
1510 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1511 {
1512         zone->contiguous = false;
1513 }
1514
1515 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1516 static void __init deferred_free_range(unsigned long pfn,
1517                                        unsigned long nr_pages)
1518 {
1519         struct page *page;
1520         unsigned long i;
1521
1522         if (!nr_pages)
1523                 return;
1524
1525         page = pfn_to_page(pfn);
1526
1527         /* Free a large naturally-aligned chunk if possible */
1528         if (nr_pages == pageblock_nr_pages &&
1529             (pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0) {
1530                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1531                 __free_pages_core(page, pageblock_order);
1532                 return;
1533         }
1534
1535         for (i = 0; i < nr_pages; i++, page++, pfn++) {
1536                 if ((pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) == 0)
1537                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
1538                 __free_pages_core(page, 0);
1539         }
1540 }
1541
1542 /* Completion tracking for deferred_init_memmap() threads */
1543 static atomic_t pgdat_init_n_undone __initdata;
1544 static __initdata DECLARE_COMPLETION(pgdat_init_all_done_comp);
1545
1546 static inline void __init pgdat_init_report_one_done(void)
1547 {
1548         if (atomic_dec_and_test(&pgdat_init_n_undone))
1549                 complete(&pgdat_init_all_done_comp);
1550 }
1551
1552 /*
1553  * Returns true if page needs to be initialized or freed to buddy allocator.
1554  *
1555  * First we check if pfn is valid on architectures where it is possible to have
1556  * holes within pageblock_nr_pages. On systems where it is not possible, this
1557  * function is optimized out.
1558  *
1559  * Then, we check if a current large page is valid by only checking the validity
1560  * of the head pfn.
1561  */
1562 static inline bool __init deferred_pfn_valid(unsigned long pfn)
1563 {
1564         if (!pfn_valid_within(pfn))
1565                 return false;
1566         if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1)) && !pfn_valid(pfn))
1567                 return false;
1568         return true;
1569 }
1570
1571 /*
1572  * Free pages to buddy allocator. Try to free aligned pages in
1573  * pageblock_nr_pages sizes.
1574  */
1575 static void __init deferred_free_pages(unsigned long pfn,
1576                                        unsigned long end_pfn)
1577 {
1578         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1579         unsigned long nr_free = 0;
1580
1581         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1582                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1583                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1584                         nr_free = 0;
1585                 } else if (!(pfn & nr_pgmask)) {
1586                         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1587                         nr_free = 1;
1588                         touch_nmi_watchdog();
1589                 } else {
1590                         nr_free++;
1591                 }
1592         }
1593         /* Free the last block of pages to allocator */
1594         deferred_free_range(pfn - nr_free, nr_free);
1595 }
1596
1597 /*
1598  * Initialize struct pages.  We minimize pfn page lookups and scheduler checks
1599  * by performing it only once every pageblock_nr_pages.
1600  * Return number of pages initialized.
1601  */
1602 static unsigned long  __init deferred_init_pages(struct zone *zone,
1603                                                  unsigned long pfn,
1604                                                  unsigned long end_pfn)
1605 {
1606         unsigned long nr_pgmask = pageblock_nr_pages - 1;
1607         int nid = zone_to_nid(zone);
1608         unsigned long nr_pages = 0;
1609         int zid = zone_idx(zone);
1610         struct page *page = NULL;
1611
1612         for (; pfn < end_pfn; pfn++) {
1613                 if (!deferred_pfn_valid(pfn)) {
1614                         page = NULL;
1615                         continue;
1616                 } else if (!page || !(pfn & nr_pgmask)) {
1617                         page = pfn_to_page(pfn);
1618                         touch_nmi_watchdog();
1619                 } else {
1620                         page++;
1621                 }
1622                 __init_single_page(page, pfn, zid, nid);
1623                 nr_pages++;
1624         }
1625         return (nr_pages);
1626 }
1627
1628 /*
1629  * This function is meant to pre-load the iterator for the zone init.
1630  * Specifically it walks through the ranges until we are caught up to the
1631  * first_init_pfn value and exits there. If we never encounter the value we
1632  * return false indicating there are no valid ranges left.
1633  */
1634 static bool __init
1635 deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(u64 *i, struct zone *zone,
1636                                     unsigned long *spfn, unsigned long *epfn,
1637                                     unsigned long first_init_pfn)
1638 {
1639         u64 j;
1640
1641         /*
1642          * Start out by walking through the ranges in this zone that have
1643          * already been initialized. We don't need to do anything with them
1644          * so we just need to flush them out of the system.
1645          */
1646         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone(j, zone, spfn, epfn) {
1647                 if (*epfn <= first_init_pfn)
1648                         continue;
1649                 if (*spfn < first_init_pfn)
1650                         *spfn = first_init_pfn;
1651                 *i = j;
1652                 return true;
1653         }
1654
1655         return false;
1656 }
1657
1658 /*
1659  * Initialize and free pages. We do it in two loops: first we initialize
1660  * struct page, then free to buddy allocator, because while we are
1661  * freeing pages we can access pages that are ahead (computing buddy
1662  * page in __free_one_page()).
1663  *
1664  * In order to try and keep some memory in the cache we have the loop
1665  * broken along max page order boundaries. This way we will not cause
1666  * any issues with the buddy page computation.
1667  */
1668 static unsigned long __init
1669 deferred_init_maxorder(u64 *i, struct zone *zone, unsigned long *start_pfn,
1670                        unsigned long *end_pfn)
1671 {
1672         unsigned long mo_pfn = ALIGN(*start_pfn + 1, MAX_ORDER_NR_PAGES);
1673         unsigned long spfn = *start_pfn, epfn = *end_pfn;
1674         unsigned long nr_pages = 0;
1675         u64 j = *i;
1676
1677         /* First we loop through and initialize the page values */
1678         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, start_pfn, end_pfn) {
1679                 unsigned long t;
1680
1681                 if (mo_pfn <= *start_pfn)
1682                         break;
1683
1684                 t = min(mo_pfn, *end_pfn);
1685                 nr_pages += deferred_init_pages(zone, *start_pfn, t);
1686
1687                 if (mo_pfn < *end_pfn) {
1688                         *start_pfn = mo_pfn;
1689                         break;
1690                 }
1691         }
1692
1693         /* Reset values and now loop through freeing pages as needed */
1694         swap(j, *i);
1695
1696         for_each_free_mem_pfn_range_in_zone_from(j, zone, &spfn, &epfn) {
1697                 unsigned long t;
1698
1699                 if (mo_pfn <= spfn)
1700                         break;
1701
1702                 t = min(mo_pfn, epfn);
1703                 deferred_free_pages(spfn, t);
1704
1705                 if (mo_pfn <= epfn)
1706                         break;
1707         }
1708
1709         return nr_pages;
1710 }
1711
1712 /* Initialise remaining memory on a node */
1713 static int __init deferred_init_memmap(void *data)
1714 {
1715         pg_data_t *pgdat = data;
1716         const struct cpumask *cpumask = cpumask_of_node(pgdat->node_id);
1717         unsigned long spfn = 0, epfn = 0, nr_pages = 0;
1718         unsigned long first_init_pfn, flags;
1719         unsigned long start = jiffies;
1720         struct zone *zone;
1721         int zid;
1722         u64 i;
1723
1724         /* Bind memory initialisation thread to a local node if possible */
1725         if (!cpumask_empty(cpumask))
1726                 set_cpus_allowed_ptr(current, cpumask);
1727
1728         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1729         first_init_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1730         if (first_init_pfn == ULONG_MAX) {
1731                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1732                 pgdat_init_report_one_done();
1733                 return 0;
1734         }
1735
1736         /* Sanity check boundaries */
1737         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn < pgdat->node_start_pfn);
1738         BUG_ON(pgdat->first_deferred_pfn > pgdat_end_pfn(pgdat));
1739         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1740
1741         /* Only the highest zone is deferred so find it */
1742         for (zid = 0; zid < MAX_NR_ZONES; zid++) {
1743                 zone = pgdat->node_zones + zid;
1744                 if (first_init_pfn < zone_end_pfn(zone))
1745                         break;
1746         }
1747
1748         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1749         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1750                                                  first_init_pfn))
1751                 goto zone_empty;
1752
1753         /*
1754          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1755          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1756          * allocator.
1757          */
1758         while (spfn < epfn)
1759                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1760 zone_empty:
1761         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1762
1763         /* Sanity check that the next zone really is unpopulated */
1764         WARN_ON(++zid < MAX_NR_ZONES && populated_zone(++zone));
1765
1766         pr_info("node %d initialised, %lu pages in %ums\n",
1767                 pgdat->node_id, nr_pages, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
1768
1769         pgdat_init_report_one_done();
1770         return 0;
1771 }
1772
1773 /*
1774  * If this zone has deferred pages, try to grow it by initializing enough
1775  * deferred pages to satisfy the allocation specified by order, rounded up to
1776  * the nearest PAGES_PER_SECTION boundary.  So we're adding memory in increments
1777  * of SECTION_SIZE bytes by initializing struct pages in increments of
1778  * PAGES_PER_SECTION * sizeof(struct page) bytes.
1779  *
1780  * Return true when zone was grown, otherwise return false. We return true even
1781  * when we grow less than requested, to let the caller decide if there are
1782  * enough pages to satisfy the allocation.
1783  *
1784  * Note: We use noinline because this function is needed only during boot, and
1785  * it is called from a __ref function _deferred_grow_zone. This way we are
1786  * making sure that it is not inlined into permanent text section.
1787  */
1788 static noinline bool __init
1789 deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1790 {
1791         unsigned long nr_pages_needed = ALIGN(1 << order, PAGES_PER_SECTION);
1792         pg_data_t *pgdat = zone->zone_pgdat;
1793         unsigned long first_deferred_pfn = pgdat->first_deferred_pfn;
1794         unsigned long spfn, epfn, flags;
1795         unsigned long nr_pages = 0;
1796         u64 i;
1797
1798         /* Only the last zone may have deferred pages */
1799         if (zone_end_pfn(zone) != pgdat_end_pfn(pgdat))
1800                 return false;
1801
1802         pgdat_resize_lock(pgdat, &flags);
1803
1804         /*
1805          * If deferred pages have been initialized while we were waiting for
1806          * the lock, return true, as the zone was grown.  The caller will retry
1807          * this zone.  We won't return to this function since the caller also
1808          * has this static branch.
1809          */
1810         if (!static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
1811                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1812                 return true;
1813         }
1814
1815         /*
1816          * If someone grew this zone while we were waiting for spinlock, return
1817          * true, as there might be enough pages already.
1818          */
1819         if (first_deferred_pfn != pgdat->first_deferred_pfn) {
1820                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1821                 return true;
1822         }
1823
1824         /* If the zone is empty somebody else may have cleared out the zone */
1825         if (!deferred_init_mem_pfn_range_in_zone(&i, zone, &spfn, &epfn,
1826                                                  first_deferred_pfn)) {
1827                 pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
1828                 pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1829                 /* Retry only once. */
1830                 return first_deferred_pfn != ULONG_MAX;
1831         }
1832
1833         /*
1834          * Initialize and free pages in MAX_ORDER sized increments so
1835          * that we can avoid introducing any issues with the buddy
1836          * allocator.
1837          */
1838         while (spfn < epfn) {
1839                 /* update our first deferred PFN for this section */
1840                 first_deferred_pfn = spfn;
1841
1842                 nr_pages += deferred_init_maxorder(&i, zone, &spfn, &epfn);
1843
1844                 /* We should only stop along section boundaries */
1845                 if ((first_deferred_pfn ^ spfn) < PAGES_PER_SECTION)
1846                         continue;
1847
1848                 /* If our quota has been met we can stop here */
1849                 if (nr_pages >= nr_pages_needed)
1850                         break;
1851         }
1852
1853         pgdat->first_deferred_pfn = spfn;
1854         pgdat_resize_unlock(pgdat, &flags);
1855
1856         return nr_pages > 0;
1857 }
1858
1859 /*
1860  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
1861  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
1862  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
1863  * and to ensure that the function body gets unloaded.
1864  */
1865 static bool __ref
1866 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
1867 {
1868         return deferred_grow_zone(zone, order);
1869 }
1870
1871 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1872
1873 void __init page_alloc_init_late(void)
1874 {
1875         struct zone *zone;
1876         int nid;
1877
1878 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1879
1880         /* There will be num_node_state(N_MEMORY) threads */
1881         atomic_set(&pgdat_init_n_undone, num_node_state(N_MEMORY));
1882         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
1883                 kthread_run(deferred_init_memmap, NODE_DATA(nid), "pgdatinit%d", nid);
1884         }
1885
1886         /* Block until all are initialised */
1887         wait_for_completion(&pgdat_init_all_done_comp);
1888
1889         /*
1890          * We initialized the rest of the deferred pages.  Permanently disable
1891          * on-demand struct page initialization.
1892          */
1893         static_branch_disable(&deferred_pages);
1894
1895         /* Reinit limits that are based on free pages after the kernel is up */
1896         files_maxfiles_init();
1897 #endif
1898
1899         /* Discard memblock private memory */
1900         memblock_discard();
1901
1902         for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
1903                 shuffle_free_memory(NODE_DATA(nid));
1904
1905         for_each_populated_zone(zone)
1906                 set_zone_contiguous(zone);
1907 }
1908
1909 #ifdef CONFIG_CMA
1910 /* Free whole pageblock and set its migration type to MIGRATE_CMA. */
1911 void __init init_cma_reserved_pageblock(struct page *page)
1912 {
1913         unsigned i = pageblock_nr_pages;
1914         struct page *p = page;
1915
1916         do {
1917                 __ClearPageReserved(p);
1918                 set_page_count(p, 0);
1919         } while (++p, --i);
1920
1921         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_CMA);
1922
1923         if (pageblock_order >= MAX_ORDER) {
1924                 i = pageblock_nr_pages;
1925                 p = page;
1926                 do {
1927                         set_page_refcounted(p);
1928                         __free_pages(p, MAX_ORDER - 1);
1929                         p += MAX_ORDER_NR_PAGES;
1930                 } while (i -= MAX_ORDER_NR_PAGES);
1931         } else {
1932                 set_page_refcounted(page);
1933                 __free_pages(page, pageblock_order);
1934         }
1935
1936         adjust_managed_page_count(page, pageblock_nr_pages);
1937 }
1938 #endif
1939
1940 /*
1941  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1942  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1943  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1944  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1945  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1946  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1947  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1948  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1949  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1950  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1951  *
1952  * -- nyc
1953  */
1954 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1955         int low, int high, struct free_area *area,
1956         int migratetype)
1957 {
1958         unsigned long size = 1 << high;
1959
1960         while (high > low) {
1961                 area--;
1962                 high--;
1963                 size >>= 1;
1964                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1965
1966                 /*
1967                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1968                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1969                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1970                  * pages will stay not present in virtual address space
1971                  */
1972                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1973                         continue;
1974
1975                 add_to_free_area(&page[size], area, migratetype);
1976                 set_page_order(&page[size], high);
1977         }
1978 }
1979
1980 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1981 {
1982         const char *bad_reason = NULL;
1983         unsigned long bad_flags = 0;
1984
1985         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1986                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1987         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1988                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1989         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1990                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1991         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1992                 bad_reason = "HWPoisoned (hardware-corrupted)";
1993                 bad_flags = __PG_HWPOISON;
1994                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1995                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1996                 return;
1997         }
1998         if (unlikely(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)) {
1999                 bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag set";
2000                 bad_flags = PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
2001         }
2002 #ifdef CONFIG_MEMCG
2003         if (unlikely(page->mem_cgroup))
2004                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
2005 #endif
2006         bad_page(page, bad_reason, bad_flags);
2007 }
2008
2009 /*
2010  * This page is about to be returned from the page allocator
2011  */
2012 static inline int check_new_page(struct page *page)
2013 {
2014         if (likely(page_expected_state(page,
2015                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
2016                 return 0;
2017
2018         check_new_page_bad(page);
2019         return 1;
2020 }
2021
2022 static inline bool free_pages_prezeroed(void)
2023 {
2024         return IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_POISONING_ZERO) &&
2025                 page_poisoning_enabled();
2026 }
2027
2028 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
2029 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2030 {
2031         return false;
2032 }
2033
2034 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2035 {
2036         return check_new_page(page);
2037 }
2038 #else
2039 static bool check_pcp_refill(struct page *page)
2040 {
2041         return check_new_page(page);
2042 }
2043 static bool check_new_pcp(struct page *page)
2044 {
2045         return false;
2046 }
2047 #endif /* CONFIG_DEBUG_VM */
2048
2049 static bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
2050 {
2051         int i;
2052         for (i = 0; i < (1 << order); i++) {
2053                 struct page *p = page + i;
2054
2055                 if (unlikely(check_new_page(p)))
2056                         return true;
2057         }
2058
2059         return false;
2060 }
2061
2062 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
2063                                 gfp_t gfp_flags)
2064 {
2065         set_page_private(page, 0);
2066         set_page_refcounted(page);
2067
2068         arch_alloc_page(page, order);
2069         if (debug_pagealloc_enabled())
2070                 kernel_map_pages(page, 1 << order, 1);
2071         kasan_alloc_pages(page, order);
2072         kernel_poison_pages(page, 1 << order, 1);
2073         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
2074 }
2075
2076 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
2077                                                         unsigned int alloc_flags)
2078 {
2079         int i;
2080
2081         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
2082
2083         if (!free_pages_prezeroed() && (gfp_flags & __GFP_ZERO))
2084                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
2085                         clear_highpage(page + i);
2086
2087         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
2088                 prep_compound_page(page, order);
2089
2090         /*
2091          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
2092          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
2093          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
2094          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
2095          */
2096         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
2097                 set_page_pfmemalloc(page);
2098         else
2099                 clear_page_pfmemalloc(page);
2100 }
2101
2102 /*
2103  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
2104  * the smallest available page from the freelists
2105  */
2106 static __always_inline
2107 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
2108                                                 int migratetype)
2109 {
2110         unsigned int current_order;
2111         struct free_area *area;
2112         struct page *page;
2113
2114         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
2115         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER; ++current_order) {
2116                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2117                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
2118                 if (!page)
2119                         continue;
2120                 del_page_from_free_area(page, area);
2121                 expand(zone, page, order, current_order, area, migratetype);
2122                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2123                 return page;
2124         }
2125
2126         return NULL;
2127 }
2128
2129
2130 /*
2131  * This array describes the order lists are fallen back to when
2132  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
2133  */
2134 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][4] = {
2135         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2136         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE, MIGRATE_TYPES },
2137         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE,   MIGRATE_TYPES },
2138 #ifdef CONFIG_CMA
2139         [MIGRATE_CMA]         = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2140 #endif
2141 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
2142         [MIGRATE_ISOLATE]     = { MIGRATE_TYPES }, /* Never used */
2143 #endif
2144 };
2145
2146 #ifdef CONFIG_CMA
2147 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2148                                         unsigned int order)
2149 {
2150         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
2151 }
2152 #else
2153 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
2154                                         unsigned int order) { return NULL; }
2155 #endif
2156
2157 /*
2158  * Move the free pages in a range to the free lists of the requested type.
2159  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
2160  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
2161  */
2162 static int move_freepages(struct zone *zone,
2163                           struct page *start_page, struct page *end_page,
2164                           int migratetype, int *num_movable)
2165 {
2166         struct page *page;
2167         unsigned int order;
2168         int pages_moved = 0;
2169
2170 #ifndef CONFIG_HOLES_IN_ZONE
2171         /*
2172          * page_zone is not safe to call in this context when
2173          * CONFIG_HOLES_IN_ZONE is set. This bug check is probably redundant
2174          * anyway as we check zone boundaries in move_freepages_block().
2175          * Remove at a later date when no bug reports exist related to
2176          * grouping pages by mobility
2177          */
2178         VM_BUG_ON(pfn_valid(page_to_pfn(start_page)) &&
2179                   pfn_valid(page_to_pfn(end_page)) &&
2180                   page_zone(start_page) != page_zone(end_page));
2181 #endif
2182         for (page = start_page; page <= end_page;) {
2183                 if (!pfn_valid_within(page_to_pfn(page))) {
2184                         page++;
2185                         continue;
2186                 }
2187
2188                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
2189                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
2190
2191                 if (!PageBuddy(page)) {
2192                         /*
2193                          * We assume that pages that could be isolated for
2194                          * migration are movable. But we don't actually try
2195                          * isolating, as that would be expensive.
2196                          */
2197                         if (num_movable &&
2198                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
2199                                 (*num_movable)++;
2200
2201                         page++;
2202                         continue;
2203                 }
2204
2205                 order = page_order(page);
2206                 move_to_free_area(page, &zone->free_area[order], migratetype);
2207                 page += 1 << order;
2208                 pages_moved += 1 << order;
2209         }
2210
2211         return pages_moved;
2212 }
2213
2214 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
2215                                 int migratetype, int *num_movable)
2216 {
2217         unsigned long start_pfn, end_pfn;
2218         struct page *start_page, *end_page;
2219
2220         if (num_movable)
2221                 *num_movable = 0;
2222
2223         start_pfn = page_to_pfn(page);
2224         start_pfn = start_pfn & ~(pageblock_nr_pages-1);
2225         start_page = pfn_to_page(start_pfn);
2226         end_page = start_page + pageblock_nr_pages - 1;
2227         end_pfn = start_pfn + pageblock_nr_pages - 1;
2228
2229         /* Do not cross zone boundaries */
2230         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
2231                 start_page = page;
2232         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
2233                 return 0;
2234
2235         return move_freepages(zone, start_page, end_page, migratetype,
2236                                                                 num_movable);
2237 }
2238
2239 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
2240                                         int start_order, int migratetype)
2241 {
2242         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
2243
2244         while (nr_pageblocks--) {
2245                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
2246                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
2247         }
2248 }
2249
2250 /*
2251  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
2252  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
2253  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
2254  *
2255  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
2256  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
2257  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
2258  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
2259  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
2260  * pageblocks.
2261  */
2262 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
2263 {
2264         /*
2265          * Leaving this order check is intended, although there is
2266          * relaxed order check in next check. The reason is that
2267          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
2268          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2269          * so could be changed anytime.
2270          */
2271         if (order >= pageblock_order)
2272                 return true;
2273
2274         if (order >= pageblock_order / 2 ||
2275                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
2276                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
2277                 page_group_by_mobility_disabled)
2278                 return true;
2279
2280         return false;
2281 }
2282
2283 static inline void boost_watermark(struct zone *zone)
2284 {
2285         unsigned long max_boost;
2286
2287         if (!watermark_boost_factor)
2288                 return;
2289
2290         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2291                         watermark_boost_factor, 10000);
2292
2293         /*
2294          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2295          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2296          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2297          * allocations that early means that reclaim is not going
2298          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2299          * boosted watermark resulting in a hang.
2300          */
2301         if (!max_boost)
2302                 return;
2303
2304         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2305
2306         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2307                 max_boost);
2308 }
2309
2310 /*
2311  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2312  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2313  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2314  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2315  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2316  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2317  */
2318 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2319                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2320 {
2321         unsigned int current_order = page_order(page);
2322         struct free_area *area;
2323         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2324         int old_block_type;
2325
2326         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2327
2328         /*
2329          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2330          * highatomic accounting.
2331          */
2332         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2333                 goto single_page;
2334
2335         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2336         if (current_order >= pageblock_order) {
2337                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2338                 goto single_page;
2339         }
2340
2341         /*
2342          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2343          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2344          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2345          */
2346         boost_watermark(zone);
2347         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
2348                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2349
2350         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2351         if (!whole_block)
2352                 goto single_page;
2353
2354         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2355                                                 &movable_pages);
2356         /*
2357          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2358          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2359          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2360          */
2361         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2362                 alike_pages = movable_pages;
2363         } else {
2364                 /*
2365                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2366                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2367                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2368                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2369                  * exact migratetype of non-movable pages.
2370                  */
2371                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2372                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2373                                                 - (free_pages + movable_pages);
2374                 else
2375                         alike_pages = 0;
2376         }
2377
2378         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2379         if (!free_pages)
2380                 goto single_page;
2381
2382         /*
2383          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2384          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2385          */
2386         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2387                         page_group_by_mobility_disabled)
2388                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2389
2390         return;
2391
2392 single_page:
2393         area = &zone->free_area[current_order];
2394         move_to_free_area(page, area, start_type);
2395 }
2396
2397 /*
2398  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2399  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2400  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2401  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2402  */
2403 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2404                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2405 {
2406         int i;
2407         int fallback_mt;
2408
2409         if (area->nr_free == 0)
2410                 return -1;
2411
2412         *can_steal = false;
2413         for (i = 0;; i++) {
2414                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2415                 if (fallback_mt == MIGRATE_TYPES)
2416                         break;
2417
2418                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2419                         continue;
2420
2421                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2422                         *can_steal = true;
2423
2424                 if (!only_stealable)
2425                         return fallback_mt;
2426
2427                 if (*can_steal)
2428                         return fallback_mt;
2429         }
2430
2431         return -1;
2432 }
2433
2434 /*
2435  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2436  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2437  */
2438 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2439                                 unsigned int alloc_order)
2440 {
2441         int mt;
2442         unsigned long max_managed, flags;
2443
2444         /*
2445          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2446          * Check is race-prone but harmless.
2447          */
2448         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2449         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2450                 return;
2451
2452         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2453
2454         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2455         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2456                 goto out_unlock;
2457
2458         /* Yoink! */
2459         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2460         if (!is_migrate_highatomic(mt) && !is_migrate_isolate(mt)
2461             && !is_migrate_cma(mt)) {
2462                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2463                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2464                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2465         }
2466
2467 out_unlock:
2468         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2469 }
2470
2471 /*
2472  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2473  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2474  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2475  * to recover from than an OOM.
2476  *
2477  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2478  * pageblock is exhausted.
2479  */
2480 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2481                                                 bool force)
2482 {
2483         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2484         unsigned long flags;
2485         struct zoneref *z;
2486         struct zone *zone;
2487         struct page *page;
2488         int order;
2489         bool ret;
2490
2491         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->high_zoneidx,
2492                                                                 ac->nodemask) {
2493                 /*
2494                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2495                  * is really high.
2496                  */
2497                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2498                                         pageblock_nr_pages)
2499                         continue;
2500
2501                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2502                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
2503                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2504
2505                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2506                         if (!page)
2507                                 continue;
2508
2509                         /*
2510                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2511                          * we can counter several free pages in a pageblock
2512                          * in this loop althoug we changed the pageblock type
2513                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2514                          * adjust the count once.
2515                          */
2516                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2517                                 /*
2518                                  * It should never happen but changes to
2519                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2520                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2521                                  * while unreserving so be safe and watch for
2522                                  * underflows.
2523                                  */
2524                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2525                                                 pageblock_nr_pages,
2526                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2527                         }
2528
2529                         /*
2530                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2531                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2532                          * is doing the work and needs the pages. More
2533                          * importantly, if the block was always converted to
2534                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2535                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2536                          * may increase.
2537                          */
2538                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2539                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2540                                                                         NULL);
2541                         if (ret) {
2542                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2543                                 return ret;
2544                         }
2545                 }
2546                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2547         }
2548
2549         return false;
2550 }
2551
2552 /*
2553  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2554  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2555  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2556  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2557  *
2558  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2559  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2560  * condition simpler.
2561  */
2562 static __always_inline bool
2563 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2564                                                 unsigned int alloc_flags)
2565 {
2566         struct free_area *area;
2567         int current_order;
2568         int min_order = order;
2569         struct page *page;
2570         int fallback_mt;
2571         bool can_steal;
2572
2573         /*
2574          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2575          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2576          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2577          */
2578         if (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2579                 min_order = pageblock_order;
2580
2581         /*
2582          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2583          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2584          * would be too costly to do exactly.
2585          */
2586         for (current_order = MAX_ORDER - 1; current_order >= min_order;
2587                                 --current_order) {
2588                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2589                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2590                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2591                 if (fallback_mt == -1)
2592                         continue;
2593
2594                 /*
2595                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2596                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2597                  * steal and split the smallest available page instead of the
2598                  * largest available page, because even if the next movable
2599                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2600                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2601                  */
2602                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2603                                         && current_order > order)
2604                         goto find_smallest;
2605
2606                 goto do_steal;
2607         }
2608
2609         return false;
2610
2611 find_smallest:
2612         for (current_order = order; current_order < MAX_ORDER;
2613                                                         current_order++) {
2614                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2615                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2616                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2617                 if (fallback_mt != -1)
2618                         break;
2619         }
2620
2621         /*
2622          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2623          * when looking for the largest page.
2624          */
2625         VM_BUG_ON(current_order == MAX_ORDER);
2626
2627 do_steal:
2628         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2629
2630         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2631                                                                 can_steal);
2632
2633         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2634                 start_migratetype, fallback_mt);
2635
2636         return true;
2637
2638 }
2639
2640 /*
2641  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2642  * Call me with the zone->lock already held.
2643  */
2644 static __always_inline struct page *
2645 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2646                                                 unsigned int alloc_flags)
2647 {
2648         struct page *page;
2649
2650 retry:
2651         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2652         if (unlikely(!page)) {
2653                 if (migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
2654                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2655
2656                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2657                                                                 alloc_flags))
2658                         goto retry;
2659         }
2660
2661         trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
2662         return page;
2663 }
2664
2665 /*
2666  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2667  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2668  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2669  */
2670 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2671                         unsigned long count, struct list_head *list,
2672                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2673 {
2674         int i, alloced = 0;
2675
2676         spin_lock(&zone->lock);
2677         for (i = 0; i < count; ++i) {
2678                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2679                                                                 alloc_flags);
2680                 if (unlikely(page == NULL))
2681                         break;
2682
2683                 if (unlikely(check_pcp_refill(page)))
2684                         continue;
2685
2686                 /*
2687                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2688                  * physical page order. The page is added to the tail of
2689                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2690                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2691                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2692                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2693                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2694                  * pages are ordered properly.
2695                  */
2696                 list_add_tail(&page->lru, list);
2697                 alloced++;
2698                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2699                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2700                                               -(1 << order));
2701         }
2702
2703         /*
2704          * i pages were removed from the buddy list even if some leak due
2705          * to check_pcp_refill failing so adjust NR_FREE_PAGES based
2706          * on i. Do not confuse with 'alloced' which is the number of
2707          * pages added to the pcp list.
2708          */
2709         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2710         spin_unlock(&zone->lock);
2711         return alloced;
2712 }
2713
2714 #ifdef CONFIG_NUMA
2715 /*
2716  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2717  * currently executing processor on remote nodes after they have
2718  * expired.
2719  *
2720  * Note that this function must be called with the thread pinned to
2721  * a single processor.
2722  */
2723 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2724 {
2725         unsigned long flags;
2726         int to_drain, batch;
2727
2728         local_irq_save(flags);
2729         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2730         to_drain = min(pcp->count, batch);
2731         if (to_drain > 0)
2732                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp);
2733         local_irq_restore(flags);
2734 }
2735 #endif
2736
2737 /*
2738  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2739  *
2740  * The processor must either be the current processor and the
2741  * thread pinned to the current processor or a processor that
2742  * is not online.
2743  */
2744 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2745 {
2746         unsigned long flags;
2747         struct per_cpu_pageset *pset;
2748         struct per_cpu_pages *pcp;
2749
2750         local_irq_save(flags);
2751         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2752
2753         pcp = &pset->pcp;
2754         if (pcp->count)
2755                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp);
2756         local_irq_restore(flags);
2757 }
2758
2759 /*
2760  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2761  *
2762  * The processor must either be the current processor and the
2763  * thread pinned to the current processor or a processor that
2764  * is not online.
2765  */
2766 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2767 {
2768         struct zone *zone;
2769
2770         for_each_populated_zone(zone) {
2771                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2772         }
2773 }
2774
2775 /*
2776  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2777  *
2778  * The CPU has to be pinned. When zone parameter is non-NULL, spill just
2779  * the single zone's pages.
2780  */
2781 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2782 {
2783         int cpu = smp_processor_id();
2784
2785         if (zone)
2786                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2787         else
2788                 drain_pages(cpu);
2789 }
2790
2791 static void drain_local_pages_wq(struct work_struct *work)
2792 {
2793         struct pcpu_drain *drain;
2794
2795         drain = container_of(work, struct pcpu_drain, work);
2796
2797         /*
2798          * drain_all_pages doesn't use proper cpu hotplug protection so
2799          * we can race with cpu offline when the WQ can move this from
2800          * a cpu pinned worker to an unbound one. We can operate on a different
2801          * cpu which is allright but we also have to make sure to not move to
2802          * a different one.
2803          */
2804         preempt_disable();
2805         drain_local_pages(drain->zone);
2806         preempt_enable();
2807 }
2808
2809 /*
2810  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2811  *
2812  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2813  *
2814  * Note that this can be extremely slow as the draining happens in a workqueue.
2815  */
2816 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2817 {
2818         int cpu;
2819
2820         /*
2821          * Allocate in the BSS so we wont require allocation in
2822          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2823          */
2824         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2825
2826         /*
2827          * Make sure nobody triggers this path before mm_percpu_wq is fully
2828          * initialized.
2829          */
2830         if (WARN_ON_ONCE(!mm_percpu_wq))
2831                 return;
2832
2833         /*
2834          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2835          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2836          * the drain to be complete when the call returns.
2837          */
2838         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2839                 if (!zone)
2840                         return;
2841                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2842         }
2843
2844         /*
2845          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2846          * as offline notification will cause the notified
2847          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2848          * disables preemption as part of its processing
2849          */
2850         for_each_online_cpu(cpu) {
2851                 struct per_cpu_pageset *pcp;
2852                 struct zone *z;
2853                 bool has_pcps = false;
2854
2855                 if (zone) {
2856                         pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
2857                         if (pcp->pcp.count)
2858                                 has_pcps = true;
2859                 } else {
2860                         for_each_populated_zone(z) {
2861                                 pcp = per_cpu_ptr(z->pageset, cpu);
2862                                 if (pcp->pcp.count) {
2863                                         has_pcps = true;
2864                                         break;
2865                                 }
2866                         }
2867                 }
2868
2869                 if (has_pcps)
2870                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2871                 else
2872                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2873         }
2874
2875         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2876                 struct pcpu_drain *drain = per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu);
2877
2878                 drain->zone = zone;
2879                 INIT_WORK(&drain->work, drain_local_pages_wq);
2880                 queue_work_on(cpu, mm_percpu_wq, &drain->work);
2881         }
2882         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps)
2883                 flush_work(&per_cpu_ptr(&pcpu_drain, cpu)->work);
2884
2885         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2886 }
2887
2888 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2889
2890 /*
2891  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2892  */
2893 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2894
2895 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2896 {
2897         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2898         unsigned long flags;
2899         unsigned int order, t;
2900         struct page *page;
2901
2902         if (zone_is_empty(zone))
2903                 return;
2904
2905         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2906
2907         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2908         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2909                 if (pfn_valid(pfn)) {
2910                         page = pfn_to_page(pfn);
2911
2912                         if (!--page_count) {
2913                                 touch_nmi_watchdog();
2914                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2915                         }
2916
2917                         if (page_zone(page) != zone)
2918                                 continue;
2919
2920                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2921                                 swsusp_unset_page_free(page);
2922                 }
2923
2924         for_each_migratetype_order(order, t) {
2925                 list_for_each_entry(page,
2926                                 &zone->free_area[order].free_list[t], lru) {
2927                         unsigned long i;
2928
2929                         pfn = page_to_pfn(page);
2930                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2931                                 if (!--page_count) {
2932                                         touch_nmi_watchdog();
2933                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2934                                 }
2935                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2936                         }
2937                 }
2938         }
2939         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2940 }
2941 #endif /* CONFIG_PM */
2942
2943 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn)
2944 {
2945         int migratetype;
2946
2947         if (!free_pcp_prepare(page))
2948                 return false;
2949
2950         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2951         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2952         return true;
2953 }
2954
2955 static void free_unref_page_commit(struct page *page, unsigned long pfn)
2956 {
2957         struct zone *zone = page_zone(page);
2958         struct per_cpu_pages *pcp;
2959         int migratetype;
2960
2961         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2962         __count_vm_event(PGFREE);
2963
2964         /*
2965          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2966          * Free ISOLATE pages back to the allocator because they are being
2967          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2968          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2969          * excessively into the page allocator
2970          */
2971         if (migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES) {
2972                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2973                         free_one_page(zone, page, pfn, 0, migratetype);
2974                         return;
2975                 }
2976                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2977         }
2978
2979         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
2980         list_add(&page->lru, &pcp->lists[migratetype]);
2981         pcp->count++;
2982         if (pcp->count >= pcp->high) {
2983                 unsigned long batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2984                 free_pcppages_bulk(zone, batch, pcp);
2985         }
2986 }
2987
2988 /*
2989  * Free a 0-order page
2990  */
2991 void free_unref_page(struct page *page)
2992 {
2993         unsigned long flags;
2994         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2995
2996         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
2997                 return;
2998
2999         local_irq_save(flags);
3000         free_unref_page_commit(page, pfn);
3001         local_irq_restore(flags);
3002 }
3003
3004 /*
3005  * Free a list of 0-order pages
3006  */
3007 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
3008 {
3009         struct page *page, *next;
3010         unsigned long flags, pfn;
3011         int batch_count = 0;
3012
3013         /* Prepare pages for freeing */
3014         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3015                 pfn = page_to_pfn(page);
3016                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn))
3017                         list_del(&page->lru);
3018                 set_page_private(page, pfn);
3019         }
3020
3021         local_irq_save(flags);
3022         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
3023                 unsigned long pfn = page_private(page);
3024
3025                 set_page_private(page, 0);
3026                 trace_mm_page_free_batched(page);
3027                 free_unref_page_commit(page, pfn);
3028
3029                 /*
3030                  * Guard against excessive IRQ disabled times when we get
3031                  * a large list of pages to free.
3032                  */
3033                 if (++batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
3034                         local_irq_restore(flags);
3035                         batch_count = 0;
3036                         local_irq_save(flags);
3037                 }
3038         }
3039         local_irq_restore(flags);
3040 }
3041
3042 /*
3043  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
3044  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
3045  * Each sub-page must be freed individually.
3046  *
3047  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
3048  * Please consult with lkml before using this in your driver.
3049  */
3050 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
3051 {
3052         int i;
3053
3054         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
3055         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
3056
3057         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
3058                 set_page_refcounted(page + i);
3059         split_page_owner(page, order);
3060 }
3061 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
3062
3063 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
3064 {
3065         struct free_area *area = &page_zone(page)->free_area[order];
3066         unsigned long watermark;
3067         struct zone *zone;
3068         int mt;
3069
3070         BUG_ON(!PageBuddy(page));
3071
3072         zone = page_zone(page);
3073         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3074
3075         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
3076                 /*
3077                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
3078                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
3079                  * watermark, because we already know our high-order page
3080                  * exists.
3081                  */
3082                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
3083                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
3084                         return 0;
3085
3086                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
3087         }
3088
3089         /* Remove page from free list */
3090
3091         del_page_from_free_area(page, area);
3092
3093         /*
3094          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
3095          * pageblock
3096          */
3097         if (order >= pageblock_order - 1) {
3098                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
3099                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
3100                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
3101                         if (!is_migrate_isolate(mt) && !is_migrate_cma(mt)
3102                             && !is_migrate_highatomic(mt))
3103                                 set_pageblock_migratetype(page,
3104                                                           MIGRATE_MOVABLE);
3105                 }
3106         }
3107
3108
3109         return 1UL << order;
3110 }
3111
3112 /*
3113  * Update NUMA hit/miss statistics
3114  *
3115  * Must be called with interrupts disabled.
3116  */
3117 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z)
3118 {
3119 #ifdef CONFIG_NUMA
3120         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
3121
3122         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
3123         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
3124                 return;
3125
3126         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
3127                 local_stat = NUMA_OTHER;
3128
3129         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
3130                 __inc_numa_state(z, NUMA_HIT);
3131         else {
3132                 __inc_numa_state(z, NUMA_MISS);
3133                 __inc_numa_state(preferred_zone, NUMA_FOREIGN);
3134         }
3135         __inc_numa_state(z, local_stat);
3136 #endif
3137 }
3138
3139 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3140 static struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, int migratetype,
3141                         unsigned int alloc_flags,
3142                         struct per_cpu_pages *pcp,
3143                         struct list_head *list)
3144 {
3145         struct page *page;
3146
3147         do {
3148                 if (list_empty(list)) {
3149                         pcp->count += rmqueue_bulk(zone, 0,
3150                                         pcp->batch, list,
3151                                         migratetype, alloc_flags);
3152                         if (unlikely(list_empty(list)))
3153                                 return NULL;
3154                 }
3155
3156                 page = list_first_entry(list, struct page, lru);
3157                 list_del(&page->lru);
3158                 pcp->count--;
3159         } while (check_new_pcp(page));
3160
3161         return page;
3162 }
3163
3164 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3165 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3166                         struct zone *zone, gfp_t gfp_flags,
3167                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3168 {
3169         struct per_cpu_pages *pcp;
3170         struct list_head *list;
3171         struct page *page;
3172         unsigned long flags;
3173
3174         local_irq_save(flags);
3175         pcp = &this_cpu_ptr(zone->pageset)->pcp;
3176         list = &pcp->lists[migratetype];
3177         page = __rmqueue_pcplist(zone,  migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3178         if (page) {
3179                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1);
3180                 zone_statistics(preferred_zone, zone);
3181         }
3182         local_irq_restore(flags);
3183         return page;
3184 }
3185
3186 /*
3187  * Allocate a page from the given zone. Use pcplists for order-0 allocations.
3188  */
3189 static inline
3190 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3191                         struct zone *zone, unsigned int order,
3192                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3193                         int migratetype)
3194 {
3195         unsigned long flags;
3196         struct page *page;
3197
3198         if (likely(order == 0)) {
3199                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, gfp_flags,
3200                                         migratetype, alloc_flags);
3201                 goto out;
3202         }
3203
3204         /*
3205          * We most definitely don't want callers attempting to
3206          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3207          */
3208         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3209         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3210
3211         do {
3212                 page = NULL;
3213                 if (alloc_flags & ALLOC_HARDER) {
3214                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3215                         if (page)
3216                                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype);
3217                 }
3218                 if (!page)
3219                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
3220         } while (page && check_new_pages(page, order));
3221         spin_unlock(&zone->lock);
3222         if (!page)
3223                 goto failed;
3224         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3225                                   get_pcppage_migratetype(page));
3226
3227         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3228         zone_statistics(preferred_zone, zone);
3229         local_irq_restore(flags);
3230
3231 out:
3232         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3233         if (test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags)) {
3234                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3235                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3236         }
3237
3238         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3239         return page;
3240
3241 failed:
3242         local_irq_restore(flags);
3243         return NULL;
3244 }
3245
3246 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3247
3248 static struct {
3249         struct fault_attr attr;
3250
3251         bool ignore_gfp_highmem;
3252         bool ignore_gfp_reclaim;
3253         u32 min_order;
3254 } fail_page_alloc = {
3255         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3256         .ignore_gfp_reclaim = true,
3257         .ignore_gfp_highmem = true,
3258         .min_order = 1,
3259 };
3260
3261 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3262 {
3263         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3264 }
3265 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3266
3267 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3268 {
3269         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3270                 return false;
3271         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3272                 return false;
3273         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3274                 return false;
3275         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3276                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3277                 return false;
3278
3279         return should_fail(&fail_page_alloc.attr, 1 << order);
3280 }
3281
3282 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3283
3284 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3285 {
3286         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3287         struct dentry *dir;
3288
3289         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3290                                         &fail_page_alloc.attr);
3291
3292         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3293                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3294         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3295                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3296         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3297
3298         return 0;
3299 }
3300
3301 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3302
3303 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3304
3305 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3306
3307 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3308 {
3309         return false;
3310 }
3311
3312 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3313
3314 static noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3315 {
3316         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3317 }
3318 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3319
3320 /*
3321  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3322  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3323  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3324  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3325  */
3326 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3327                          int classzone_idx, unsigned int alloc_flags,
3328                          long free_pages)
3329 {
3330         long min = mark;
3331         int o;
3332         const bool alloc_harder = (alloc_flags & (ALLOC_HARDER|ALLOC_OOM));
3333
3334         /* free_pages may go negative - that's OK */
3335         free_pages -= (1 << order) - 1;
3336
3337         if (alloc_flags & ALLOC_HIGH)
3338                 min -= min / 2;
3339
3340         /*
3341          * If the caller does not have rights to ALLOC_HARDER then subtract
3342          * the high-atomic reserves. This will over-estimate the size of the
3343          * atomic reserve but it avoids a search.
3344          */
3345         if (likely(!alloc_harder)) {
3346                 free_pages -= z->nr_reserved_highatomic;
3347         } else {
3348                 /*
3349                  * OOM victims can try even harder than normal ALLOC_HARDER
3350                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3351                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3352                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3353                  */
3354                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3355                         min -= min / 2;
3356                 else
3357                         min -= min / 4;
3358         }
3359
3360
3361 #ifdef CONFIG_CMA
3362         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3363         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3364                 free_pages -= zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3365 #endif
3366
3367         /*
3368          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3369          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3370          * even if a suitable page happened to be free.
3371          */
3372         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3373                 return false;
3374
3375         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3376         if (!order)
3377                 return true;
3378
3379         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3380         for (o = order; o < MAX_ORDER; o++) {
3381                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3382                 int mt;
3383
3384                 if (!area->nr_free)
3385                         continue;
3386
3387                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3388                         if (!free_area_empty(area, mt))
3389                                 return true;
3390                 }
3391
3392 #ifdef CONFIG_CMA
3393                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3394                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3395                         return true;
3396                 }
3397 #endif
3398                 if (alloc_harder &&
3399                         !list_empty(&area->free_list[MIGRATE_HIGHATOMIC]))
3400                         return true;
3401         }
3402         return false;
3403 }
3404
3405 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3406                       int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3407 {
3408         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3409                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3410 }
3411
3412 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3413                 unsigned long mark, int classzone_idx, unsigned int alloc_flags)
3414 {
3415         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3416         long cma_pages = 0;
3417
3418 #ifdef CONFIG_CMA
3419         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3420         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3421                 cma_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3422 #endif
3423
3424         /*
3425          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3426          * need to be calculated. There is a corner case where the check
3427          * passes but only the high-order atomic reserve are free. If
3428          * the caller is !atomic then it'll uselessly search the free
3429          * list. That corner case is then slower but it is harmless.
3430          */
3431         if (!order && (free_pages - cma_pages) > mark + z->lowmem_reserve[classzone_idx])
3432                 return true;
3433
3434         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, alloc_flags,
3435                                         free_pages);
3436 }
3437
3438 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3439                         unsigned long mark, int classzone_idx)
3440 {
3441         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3442
3443         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3444                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3445
3446         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, classzone_idx, 0,
3447                                                                 free_pages);
3448 }
3449
3450 #ifdef CONFIG_NUMA
3451 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3452 {
3453         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3454                                 RECLAIM_DISTANCE;
3455 }
3456 #else   /* CONFIG_NUMA */
3457 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3458 {
3459         return true;
3460 }
3461 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3462
3463 /*
3464  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3465  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3466  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3467  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3468  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3469  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3470  */
3471 static inline unsigned int
3472 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3473 {
3474         unsigned int alloc_flags = 0;
3475
3476         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
3477                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
3478
3479 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3480         if (!zone)
3481                 return alloc_flags;
3482
3483         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3484                 return alloc_flags;
3485
3486         /*
3487          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3488          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3489          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3490          */
3491         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3492         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3493                 return alloc_flags;
3494
3495         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3496 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3497         return alloc_flags;
3498 }
3499
3500 /*
3501  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3502  * a page.
3503  */
3504 static struct page *
3505 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3506                                                 const struct alloc_context *ac)
3507 {
3508         struct zoneref *z;
3509         struct zone *zone;
3510         struct pglist_data *last_pgdat_dirty_limit = NULL;
3511         bool no_fallback;
3512
3513 retry:
3514         /*
3515          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3516          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cpuset.c.
3517          */
3518         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3519         z = ac->preferred_zoneref;
3520         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3521                                                                 ac->nodemask) {
3522                 struct page *page;
3523                 unsigned long mark;
3524
3525                 if (cpusets_enabled() &&
3526                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3527                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3528                                 continue;
3529                 /*
3530                  * When allocating a page cache page for writing, we
3531                  * want to get it from a node that is within its dirty
3532                  * limit, such that no single node holds more than its
3533                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3534                  * The dirty limits take into account the node's
3535                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3536                  * should be able to balance it without having to
3537                  * write pages from its LRU list.
3538                  *
3539                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3540                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3541                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3542                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3543                  * nodes are together not big enough to reach the
3544                  * global limit.  The proper fix for these situations
3545                  * will require awareness of nodes in the
3546                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3547                  */
3548                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3549                         if (last_pgdat_dirty_limit == zone->zone_pgdat)
3550                                 continue;
3551
3552                         if (!node_dirty_ok(zone->zone_pgdat)) {
3553                                 last_pgdat_dirty_limit = zone->zone_pgdat;
3554                                 continue;
3555                         }
3556                 }
3557
3558                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3559                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3560                         int local_nid;
3561
3562                         /*
3563                          * If moving to a remote node, retry but allow
3564                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3565                          * than fragmentation avoidance.
3566                          */
3567                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3568                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3569                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3570                                 goto retry;
3571                         }
3572                 }
3573
3574                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3575                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3576                                        ac_classzone_idx(ac), alloc_flags)) {
3577                         int ret;
3578
3579 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3580                         /*
3581                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3582                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3583                          */
3584                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3585                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3586                                         goto try_this_zone;
3587                         }
3588 #endif
3589                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3590                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3591                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3592                                 goto try_this_zone;
3593
3594                         if (node_reclaim_mode == 0 ||
3595                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3596                                 continue;
3597
3598                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3599                         switch (ret) {
3600                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3601                                 /* did not scan */
3602                                 continue;
3603                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3604                                 /* scanned but unreclaimable */
3605                                 continue;
3606                         default:
3607                                 /* did we reclaim enough */
3608                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3609                                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3610                                         goto try_this_zone;
3611
3612                                 continue;
3613                         }
3614                 }
3615
3616 try_this_zone:
3617                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3618                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3619                 if (page) {
3620                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3621
3622                         /*
3623                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3624                          * if the pageblock should be reserved for the future
3625                          */
3626                         if (unlikely(order && (alloc_flags & ALLOC_HARDER)))
3627                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3628
3629                         return page;
3630                 } else {
3631 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3632                         /* Try again if zone has deferred pages */
3633                         if (static_branch_unlikely(&deferred_pages)) {
3634                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3635                                         goto try_this_zone;
3636                         }
3637 #endif
3638                 }
3639         }
3640
3641         /*
3642          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3643          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3644          */
3645         if (no_fallback) {
3646                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3647                 goto retry;
3648         }
3649
3650         return NULL;
3651 }
3652
3653 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3654 {
3655         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3656         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(show_mem_rs, HZ, 1);
3657
3658         if (!__ratelimit(&show_mem_rs))
3659                 return;
3660
3661         /*
3662          * This documents exceptions given to allocations in certain
3663          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3664          * of allowed nodes.
3665          */
3666         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3667                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3668                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3669                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3670         if (in_interrupt() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3671                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3672
3673         show_mem(filter, nodemask);
3674 }
3675
3676 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3677 {
3678         struct va_format vaf;
3679         va_list args;
3680         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, DEFAULT_RATELIMIT_INTERVAL,
3681                                       DEFAULT_RATELIMIT_BURST);
3682
3683         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) || !__ratelimit(&nopage_rs))
3684                 return;
3685
3686         va_start(args, fmt);
3687         vaf.fmt = fmt;
3688         vaf.va = &args;
3689         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3690                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3691                         nodemask_pr_args(nodemask));
3692         va_end(args);
3693
3694         cpuset_print_current_mems_allowed();
3695         pr_cont("\n");
3696         dump_stack();
3697         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3698 }
3699
3700 static inline struct page *
3701 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3702                               unsigned int alloc_flags,
3703                               const struct alloc_context *ac)
3704 {
3705         struct page *page;
3706
3707         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3708                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3709         /*
3710          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3711          * are depleted
3712          */
3713         if (!page)
3714                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3715                                 alloc_flags, ac);
3716
3717         return page;
3718 }
3719
3720 static inline struct page *
3721 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3722         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3723 {
3724         struct oom_control oc = {
3725                 .zonelist = ac->zonelist,
3726                 .nodemask = ac->nodemask,
3727                 .memcg = NULL,
3728                 .gfp_mask = gfp_mask,
3729                 .order = order,
3730         };
3731         struct page *page;
3732
3733         *did_some_progress = 0;
3734
3735         /*
3736          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3737          * making progress for us.
3738          */
3739         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3740                 *did_some_progress = 1;
3741                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3742                 return NULL;
3743         }
3744
3745         /*
3746          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3747          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3748          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3749          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3750          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3751          */
3752         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3753                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3754                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3755         if (page)
3756                 goto out;
3757
3758         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3759         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3760                 goto out;
3761         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3762         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3763                 goto out;
3764         /*
3765          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3766          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3767          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3768          * fallback than shooting a random task.
3769          */
3770         if (gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)
3771                 goto out;
3772         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3773         if (ac->high_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3774                 goto out;
3775         if (pm_suspended_storage())
3776                 goto out;
3777         /*
3778          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3779          * other request to make a forward progress.
3780          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3781          * do much for this context but let's try it to at least get
3782          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3783          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3784          * failures more gracefully we should just bail out here.
3785          */
3786
3787         /* The OOM killer may not free memory on a specific node */
3788         if (gfp_mask & __GFP_THISNODE)
3789                 goto out;
3790
3791         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3792         if (out_of_memory(&oc) || WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_NOFAIL)) {
3793                 *did_some_progress = 1;
3794
3795                 /*
3796                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3797                  * reserves
3798                  */
3799                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3800                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3801                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3802         }
3803 out:
3804         mutex_unlock(&oom_lock);
3805         return page;
3806 }
3807
3808 /*
3809  * Maximum number of compaction retries wit a progress before OOM
3810  * killer is consider as the only way to move forward.
3811  */
3812 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3813
3814 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3815 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3816 static struct page *
3817 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3818                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3819                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3820 {
3821         struct page *page = NULL;
3822         unsigned long pflags;
3823         unsigned int noreclaim_flag;
3824
3825         if (!order)
3826                 return NULL;
3827
3828         psi_memstall_enter(&pflags);
3829         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3830
3831         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3832                                                                 prio, &page);
3833
3834         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3835         psi_memstall_leave(&pflags);
3836
3837         /*
3838          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3839          * count a compaction stall
3840          */
3841         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3842
3843         /* Prep a captured page if available */
3844         if (page)
3845                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3846
3847         /* Try get a page from the freelist if available */
3848         if (!page)
3849                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3850
3851         if (page) {
3852                 struct zone *zone = page_zone(page);
3853
3854                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3855                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3856                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3857                 return page;
3858         }
3859
3860         /*
3861          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3862          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3863          */
3864         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3865
3866         cond_resched();
3867
3868         return NULL;
3869 }
3870
3871 static inline bool
3872 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3873                      enum compact_result compact_result,
3874                      enum compact_priority *compact_priority,
3875                      int *compaction_retries)
3876 {
3877         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3878         int min_priority;
3879         bool ret = false;
3880         int retries = *compaction_retries;
3881         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3882
3883         if (!order)
3884                 return false;
3885
3886         if (compaction_made_progress(compact_result))
3887                 (*compaction_retries)++;
3888
3889         /*
3890          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3891          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3892          * failure could be caused by insufficient priority
3893          */
3894         if (compaction_failed(compact_result))
3895                 goto check_priority;
3896
3897         /*
3898          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3899          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3900          * But do not retry if the given zonelist is not suitable for
3901          * compaction.
3902          */
3903         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3904                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3905                 goto out;
3906         }
3907
3908         /*
3909          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3910          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3911          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3912          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3913          * would need much more detailed feedback from compaction to
3914          * make a better decision.
3915          */
3916         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3917                 max_retries /= 4;
3918         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3919                 ret = true;
3920                 goto out;
3921         }
3922
3923         /*
3924          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3925          * all retries or failed at the lower priorities.
3926          */
3927 check_priority:
3928         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3929                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3930
3931         if (*compact_priority > min_priority) {
3932                 (*compact_priority)--;
3933                 *compaction_retries = 0;
3934                 ret = true;
3935         }
3936 out:
3937         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3938         return ret;
3939 }
3940 #else
3941 static inline struct page *
3942 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3943                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3944                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3945 {
3946         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3947         return NULL;
3948 }
3949
3950 static inline bool
3951 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3952                      enum compact_result compact_result,
3953                      enum compact_priority *compact_priority,
3954                      int *compaction_retries)
3955 {
3956         struct zone *zone;
3957         struct zoneref *z;
3958
3959         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3960                 return false;
3961
3962         /*
3963          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3964          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3965          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3966          * watermarks are OK.
3967          */
3968         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
3969                                         ac->nodemask) {
3970                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3971                                         ac_classzone_idx(ac), alloc_flags))
3972                         return true;
3973         }
3974         return false;
3975 }
3976 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3977
3978 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3979 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3980         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3981
3982 static bool __need_fs_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3983 {
3984         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3985
3986         /* no reclaim without waiting on it */
3987         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3988                 return false;
3989
3990         /* this guy won't enter reclaim */
3991         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3992                 return false;
3993
3994         /* We're only interested __GFP_FS allocations for now */
3995         if (!(gfp_mask & __GFP_FS))
3996                 return false;
3997
3998         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3999                 return false;
4000
4001         return true;
4002 }
4003
4004 void __fs_reclaim_acquire(void)
4005 {
4006         lock_map_acquire(&__fs_reclaim_map);
4007 }
4008
4009 void __fs_reclaim_release(void)
4010 {
4011         lock_map_release(&__fs_reclaim_map);
4012 }
4013
4014 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4015 {
4016         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4017                 __fs_reclaim_acquire();
4018 }
4019 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4020
4021 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4022 {
4023         if (__need_fs_reclaim(gfp_mask))
4024                 __fs_reclaim_release();
4025 }
4026 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4027 #endif
4028
4029 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4030 static int
4031 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4032                                         const struct alloc_context *ac)
4033 {
4034         struct reclaim_state reclaim_state;
4035         int progress;
4036         unsigned int noreclaim_flag;
4037         unsigned long pflags;
4038
4039         cond_resched();
4040
4041         /* We now go into synchronous reclaim */
4042         cpuset_memory_pressure_bump();
4043         psi_memstall_enter(&pflags);
4044         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4045         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4046         reclaim_state.reclaimed_slab = 0;
4047         current->reclaim_state = &reclaim_state;
4048
4049         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4050                                                                 ac->nodemask);
4051
4052         current->reclaim_state = NULL;
4053         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4054         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4055         psi_memstall_leave(&pflags);
4056
4057         cond_resched();
4058
4059         return progress;
4060 }
4061
4062 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4063 static inline struct page *
4064 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4065                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4066                 unsigned long *did_some_progress)
4067 {
4068         struct page *page = NULL;
4069         bool drained = false;
4070
4071         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4072         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4073                 return NULL;
4074
4075 retry:
4076         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4077
4078         /*
4079          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4080          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4081          * Shrink them them and try again
4082          */
4083         if (!page && !drained) {
4084                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4085                 drain_all_pages(NULL);
4086                 drained = true;
4087                 goto retry;
4088         }
4089
4090         return page;
4091 }
4092
4093 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4094                              const struct alloc_context *ac)
4095 {
4096         struct zoneref *z;
4097         struct zone *zone;
4098         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4099         enum zone_type high_zoneidx = ac->high_zoneidx;
4100
4101         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, high_zoneidx,
4102                                         ac->nodemask) {
4103                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat)
4104                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, high_zoneidx);
4105                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4106         }
4107 }
4108
4109 static inline unsigned int
4110 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4111 {
4112         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4113
4114         /* __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_HIGH to save a branch. */
4115         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_HIGH);
4116
4117         /*
4118          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4119          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4120          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4121          * set both ALLOC_HARDER (__GFP_ATOMIC) and ALLOC_HIGH (__GFP_HIGH).
4122          */
4123         alloc_flags |= (__force int) (gfp_mask & __GFP_HIGH);
4124
4125         if (gfp_mask & __GFP_ATOMIC) {
4126                 /*
4127                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4128                  * if it can't schedule.
4129                  */
4130                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4131                         alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4132                 /*
4133                  * Ignore cpuset mems for GFP_ATOMIC rather than fail, see the
4134                  * comment for __cpuset_node_allowed().
4135                  */
4136                 alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4137         } else if (unlikely(rt_task(current)) && !in_interrupt())
4138                 alloc_flags |= ALLOC_HARDER;
4139
4140         if (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM)
4141                 alloc_flags |= ALLOC_KSWAPD;
4142
4143 #ifdef CONFIG_CMA
4144         if (gfpflags_to_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
4145                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4146 #endif
4147         return alloc_flags;
4148 }
4149
4150 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4151 {
4152         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4153                 return false;
4154
4155         /*
4156          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4157          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4158          */
4159         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4160                 return false;
4161
4162         return true;
4163 }
4164
4165 /*
4166  * Distinguish requests which really need access to full memory
4167  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4168  */
4169 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4170 {
4171         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4172                 return 0;
4173         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4174                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4175         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4176                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4177         if (!in_interrupt()) {
4178                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4179                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4180                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4181                         return ALLOC_OOM;
4182         }
4183
4184         return 0;
4185 }
4186
4187 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4188 {
4189         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4190 }
4191
4192 /*
4193  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4194  * for the given allocation request.
4195  *
4196  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4197  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4198  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4199  *
4200  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4201  */
4202 static inline bool
4203 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4204                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4205                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4206 {
4207         struct zone *zone;
4208         struct zoneref *z;
4209         bool ret = false;
4210
4211         /*
4212          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4213          * their order will become available due to high fragmentation so
4214          * always increment the no progress counter for them
4215          */
4216         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4217                 *no_progress_loops = 0;
4218         else
4219                 (*no_progress_loops)++;
4220
4221         /*
4222          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4223          * several times in the row.
4224          */
4225         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4226                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4227                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4228         }
4229
4230         /*
4231          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4232          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4233          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4234          * screwed and have to go OOM.
4235          */
4236         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, ac->high_zoneidx,
4237                                         ac->nodemask) {
4238                 unsigned long available;
4239                 unsigned long reclaimable;
4240                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4241                 bool wmark;
4242
4243                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4244                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4245
4246                 /*
4247                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4248                  * reclaimable pages?
4249                  */
4250                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4251                                 ac_classzone_idx(ac), alloc_flags, available);
4252                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4253                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4254                 if (wmark) {
4255                         /*
4256                          * If we didn't make any progress and have a lot of
4257                          * dirty + writeback pages then we should wait for
4258                          * an IO to complete to slow down the reclaim and
4259                          * prevent from pre mature OOM
4260                          */
4261                         if (!did_some_progress) {
4262                                 unsigned long write_pending;
4263
4264                                 write_pending = zone_page_state_snapshot(zone,
4265                                                         NR_ZONE_WRITE_PENDING);
4266
4267                                 if (2 * write_pending > reclaimable) {
4268                                         congestion_wait(BLK_RW_ASYNC, HZ/10);
4269                                         return true;
4270                                 }
4271                         }
4272
4273                         ret = true;
4274                         goto out;
4275                 }
4276         }
4277
4278 out:
4279         /*
4280          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4281          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4282          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4283          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4284          * here rather than calling cond_resched().
4285          */
4286         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4287                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4288         else
4289                 cond_resched();
4290         return ret;
4291 }
4292
4293 static inline bool
4294 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4295 {
4296         /*
4297          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4298          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4299          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4300          * such a way the check therein was true, and then it became false
4301          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4302          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4303          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4304          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4305          * caller can deal with a violated nodemask.
4306          */
4307         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4308                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4309                 ac->nodemask = NULL;
4310                 return true;
4311         }
4312
4313         /*
4314          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4315          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4316          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4317          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4318          * retry.
4319          */
4320         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4321                 return true;
4322
4323         return false;
4324 }
4325
4326 static inline struct page *
4327 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4328                                                 struct alloc_context *ac)
4329 {
4330         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4331         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4332         struct page *page = NULL;
4333         unsigned int alloc_flags;
4334         unsigned long did_some_progress;
4335         enum compact_priority compact_priority;
4336         enum compact_result compact_result;
4337         int compaction_retries;
4338         int no_progress_loops;
4339         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4340         int reserve_flags;
4341
4342         /*
4343          * We also sanity check to catch abuse of atomic reserves being used by
4344          * callers that are not in atomic context.
4345          */
4346         if (WARN_ON_ONCE((gfp_mask & (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)) ==
4347                                 (__GFP_ATOMIC|__GFP_DIRECT_RECLAIM)))
4348                 gfp_mask &= ~__GFP_ATOMIC;
4349
4350 retry_cpuset:
4351         compaction_retries = 0;
4352         no_progress_loops = 0;
4353         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4354         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4355
4356         /*
4357          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4358          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4359          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4360          */
4361         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask);
4362
4363         /*
4364          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4365          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4366          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4367          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4368          */
4369         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4370                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4371         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4372                 goto nopage;
4373
4374         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4375                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4376
4377         /*
4378          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4379          * that first
4380          */
4381         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4382         if (page)
4383                 goto got_pg;
4384
4385         /*
4386          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4387          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4388          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4389          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4390          * same migratetype.
4391          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4392          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4393          */
4394         if (can_direct_reclaim &&
4395                         (costly_order ||
4396                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4397                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4398                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4399                                                 alloc_flags, ac,
4400                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4401                                                 &compact_result);
4402                 if (page)
4403                         goto got_pg;
4404
4405                 /*
4406                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4407                  * includes THP page fault allocations
4408                  */
4409                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4410                         /*
4411                          * If compaction is deferred for high-order allocations,
4412                          * it is because sync compaction recently failed. If
4413                          * this is the case and the caller requested a THP
4414                          * allocation, we do not want to heavily disrupt the
4415                          * system, so we fail the allocation instead of entering
4416                          * direct reclaim.
4417                          */
4418                         if (compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4419                                 goto nopage;
4420
4421                         /*
4422                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4423                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4424                          * using async compaction.
4425                          */
4426                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4427                 }
4428         }
4429
4430 retry:
4431         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4432         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4433                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4434
4435         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4436         if (reserve_flags)
4437                 alloc_flags = reserve_flags;
4438
4439         /*
4440          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4441          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4442          * user oriented.
4443          */
4444         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4445                 ac->nodemask = NULL;
4446                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4447                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4448         }
4449
4450         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4451         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4452         if (page)
4453                 goto got_pg;
4454
4455         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4456         if (!can_direct_reclaim)
4457                 goto nopage;
4458
4459         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4460         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4461                 goto nopage;
4462
4463         /* Try direct reclaim and then allocating */
4464         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4465                                                         &did_some_progress);
4466         if (page)
4467                 goto got_pg;
4468
4469         /* Try direct compaction and then allocating */
4470         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4471                                         compact_priority, &compact_result);
4472         if (page)
4473                 goto got_pg;
4474
4475         /* Do not loop if specifically requested */
4476         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4477                 goto nopage;
4478
4479         /*
4480          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4481          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4482          */
4483         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4484                 goto nopage;
4485
4486         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4487                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4488                 goto retry;
4489
4490         /*
4491          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4492          * reclaim is not able to make any progress because the current
4493          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4494          * of free memory (see __compaction_suitable)
4495          */
4496         if (did_some_progress > 0 &&
4497                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4498                                 compact_result, &compact_priority,
4499                                 &compaction_retries))
4500                 goto retry;
4501
4502
4503         /* Deal with possible cpuset update races before we start OOM killing */
4504         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4505                 goto retry_cpuset;
4506
4507         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4508         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4509         if (page)
4510                 goto got_pg;
4511
4512         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4513         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4514             (alloc_flags == ALLOC_OOM ||
4515              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4516                 goto nopage;
4517
4518         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4519         if (did_some_progress) {
4520                 no_progress_loops = 0;
4521                 goto retry;
4522         }
4523
4524 nopage:
4525         /* Deal with possible cpuset update races before we fail */
4526         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac))
4527                 goto retry_cpuset;
4528
4529         /*
4530          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4531          * we always retry
4532          */
4533         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4534                 /*
4535                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4536                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4537                  */
4538                 if (WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim))
4539                         goto fail;
4540
4541                 /*
4542                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4543                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4544                  * for somebody to do a work for us
4545                  */
4546                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4547
4548                 /*
4549                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4550                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4551                  * so that we can identify them and convert them to something
4552                  * else.
4553                  */
4554                 WARN_ON_ONCE(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
4555
4556                 /*
4557                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
4558                  * reserves but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4559                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4560                  * the situation worse
4561                  */
4562                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_HARDER, ac);
4563                 if (page)
4564                         goto got_pg;
4565
4566                 cond_resched();
4567                 goto retry;
4568         }
4569 fail:
4570         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4571                         "page allocation failure: order:%u", order);
4572 got_pg:
4573         return page;
4574 }
4575
4576 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4577                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4578                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_mask,
4579                 unsigned int *alloc_flags)
4580 {
4581         ac->high_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4582         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4583         ac->nodemask = nodemask;
4584         ac->migratetype = gfpflags_to_migratetype(gfp_mask);
4585
4586         if (cpusets_enabled()) {
4587                 *alloc_mask |= __GFP_HARDWALL;
4588                 if (!ac->nodemask)
4589                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4590                 else
4591                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4592         }
4593
4594         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4595         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4596
4597         might_sleep_if(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM);
4598
4599         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4600                 return false;
4601
4602         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA) && ac->migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
4603                 *alloc_flags |= ALLOC_CMA;
4604
4605         return true;
4606 }
4607
4608 /* Determine whether to spread dirty pages and what the first usable zone */
4609 static inline void finalise_ac(gfp_t gfp_mask, struct alloc_context *ac)
4610 {
4611         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4612         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4613
4614         /*
4615          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4616          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4617          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4618          */
4619         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4620                                         ac->high_zoneidx, ac->nodemask);
4621 }
4622
4623 /*
4624  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4625  */
4626 struct page *
4627 __alloc_pages_nodemask(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int preferred_nid,
4628                                                         nodemask_t *nodemask)
4629 {
4630         struct page *page;
4631         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4632         gfp_t alloc_mask; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4633         struct alloc_context ac = { };
4634
4635         /*
4636          * There are several places where we assume that the order value is sane
4637          * so bail out early if the request is out of bound.
4638          */
4639         if (unlikely(order >= MAX_ORDER)) {
4640                 WARN_ON_ONCE(!(gfp_mask & __GFP_NOWARN));
4641                 return NULL;
4642         }
4643
4644         gfp_mask &= gfp_allowed_mask;
4645         alloc_mask = gfp_mask;
4646         if (!prepare_alloc_pages(gfp_mask, order, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_mask, &alloc_flags))
4647                 return NULL;
4648
4649         finalise_ac(gfp_mask, &ac);
4650
4651         /*
4652          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4653          * memory until all local zones are considered.
4654          */
4655         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp_mask);
4656
4657         /* First allocation attempt */
4658         page = get_page_from_freelist(alloc_mask, order, alloc_flags, &ac);
4659         if (likely(page))
4660                 goto out;
4661
4662         /*
4663          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4664          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4665          * from a particular context which has been marked by
4666          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}.
4667          */
4668         alloc_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4669         ac.spread_dirty_pages = false;
4670
4671         /*
4672          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4673          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4674          */
4675         if (unlikely(ac.nodemask != nodemask))
4676                 ac.nodemask = nodemask;
4677
4678         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_mask, order, &ac);
4679
4680 out:
4681         if (memcg_kmem_enabled() && (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4682             unlikely(__memcg_kmem_charge(page, gfp_mask, order) != 0)) {
4683                 __free_pages(page, order);
4684                 page = NULL;
4685         }
4686
4687         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_mask, ac.migratetype);
4688
4689         return page;
4690 }
4691 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_nodemask);
4692
4693 /*
4694  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4695  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4696  * you need to access high mem.
4697  */
4698 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4699 {
4700         struct page *page;
4701
4702         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4703         if (!page)
4704                 return 0;
4705         return (unsigned long) page_address(page);
4706 }
4707 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4708
4709 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4710 {
4711         return __get_free_pages(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4712 }
4713 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4714
4715 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
4716 {
4717         if (order == 0)         /* Via pcp? */
4718                 free_unref_page(page);
4719         else
4720                 __free_pages_ok(page, order);
4721 }
4722
4723 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4724 {
4725         if (put_page_testzero(page))
4726                 free_the_page(page, order);
4727 }
4728 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4729
4730 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4731 {
4732         if (addr != 0) {
4733                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4734                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4735         }
4736 }
4737
4738 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4739
4740 /*
4741  * Page Fragment:
4742  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4743  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4744  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4745  *
4746  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4747  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4748  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4749  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4750  */
4751 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4752                                              gfp_t gfp_mask)
4753 {
4754         struct page *page = NULL;
4755         gfp_t gfp = gfp_mask;
4756
4757 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4758         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4759                     __GFP_NOMEMALLOC;
4760         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4761                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4762         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4763 #endif
4764         if (unlikely(!page))
4765                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4766
4767         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4768
4769         return page;
4770 }
4771
4772 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4773 {
4774         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4775
4776         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4777                 free_the_page(page, compound_order(page));
4778 }
4779 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4780
4781 void *page_frag_alloc(struct page_frag_cache *nc,
4782                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask)
4783 {
4784         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4785         struct page *page;
4786         int offset;
4787
4788         if (unlikely(!nc->va)) {
4789 refill:
4790                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4791                 if (!page)
4792                         return NULL;
4793
4794 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4795                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4796                 size = nc->size;
4797 #endif
4798                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4799                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4800                  */
4801                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4802
4803                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4804                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4805                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4806                 nc->offset = size;
4807         }
4808
4809         offset = nc->offset - fragsz;
4810         if (unlikely(offset < 0)) {
4811                 page = virt_to_page(nc->va);
4812
4813                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4814                         goto refill;
4815
4816 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4817                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4818                 size = nc->size;
4819 #endif
4820                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4821                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4822
4823                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4824                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4825                 offset = size - fragsz;
4826         }
4827
4828         nc->pagecnt_bias--;
4829         nc->offset = offset;
4830
4831         return nc->va + offset;
4832 }
4833 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc);
4834
4835 /*
4836  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4837  */
4838 void page_frag_free(void *addr)
4839 {
4840         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4841
4842         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4843                 free_the_page(page, compound_order(page));
4844 }
4845 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4846
4847 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4848                 size_t size)
4849 {
4850         if (addr) {
4851                 unsigned long alloc_end = addr + (PAGE_SIZE << order);
4852                 unsigned long used = addr + PAGE_ALIGN(size);
4853
4854                 split_page(virt_to_page((void *)addr), order);
4855                 while (used < alloc_end) {
4856                         free_page(used);
4857                         used += PAGE_SIZE;
4858                 }
4859         }
4860         return (void *)addr;
4861 }
4862
4863 /**
4864  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4865  * @size: the number of bytes to allocate
4866  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4867  *
4868  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4869  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4870  * allocate memory in power-of-two pages.
4871  *
4872  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4873  *
4874  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4875  *
4876  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4877  */
4878 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4879 {
4880         unsigned int order = get_order(size);
4881         unsigned long addr;
4882
4883         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4884                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4885
4886         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4887         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4888 }
4889 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4890
4891 /**
4892  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4893  *                         pages on a node.
4894  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4895  * @size: the number of bytes to allocate
4896  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4897  *
4898  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4899  * back.
4900  *
4901  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4902  */
4903 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4904 {
4905         unsigned int order = get_order(size);
4906         struct page *p;
4907
4908         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & __GFP_COMP))
4909                 gfp_mask &= ~__GFP_COMP;
4910
4911         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4912         if (!p)
4913                 return NULL;
4914         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4915 }
4916
4917 /**
4918  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4919  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4920  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4921  *
4922  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4923  */
4924 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4925 {
4926         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4927         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4928
4929         while (addr < end) {
4930                 free_page(addr);
4931                 addr += PAGE_SIZE;
4932         }
4933 }
4934 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4935
4936 /**
4937  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4938  * @offset: The zone index of the highest zone
4939  *
4940  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4941  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4942  * zone, the number of pages is calculated as:
4943  *
4944  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4945  *
4946  * Return: number of pages beyond high watermark.
4947  */
4948 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4949 {
4950         struct zoneref *z;
4951         struct zone *zone;
4952
4953         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4954         unsigned long sum = 0;
4955
4956         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4957
4958         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4959                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4960                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4961                 if (size > high)
4962                         sum += size - high;
4963         }
4964
4965         return sum;
4966 }
4967
4968 /**
4969  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4970  *
4971  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4972  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4973  *
4974  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4975  * ZONE_NORMAL.
4976  */
4977 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4978 {
4979         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4980 }
4981 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4982
4983 /**
4984  * nr_free_pagecache_pages - count number of pages beyond high watermark
4985  *
4986  * nr_free_pagecache_pages() counts the number of pages which are beyond the
4987  * high watermark within all zones.
4988  *
4989  * Return: number of pages beyond high watermark within all zones.
4990  */
4991 unsigned long nr_free_pagecache_pages(void)
4992 {
4993         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
4994 }
4995
4996 static inline void show_node(struct zone *zone)
4997 {
4998         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4999                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5000 }
5001
5002 long si_mem_available(void)
5003 {
5004         long available;
5005         unsigned long pagecache;
5006         unsigned long wmark_low = 0;
5007         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5008         unsigned long reclaimable;
5009         struct zone *zone;
5010         int lru;
5011
5012         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5013                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5014
5015         for_each_zone(zone)
5016                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5017
5018         /*
5019          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5020          * without causing swapping.
5021          */
5022         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5023
5024         /*
5025          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5026          * start swapping. Assume at least half of the page cache, or the
5027          * low watermark worth of cache, needs to stay.
5028          */
5029         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5030         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5031         available += pagecache;
5032
5033         /*
5034          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5035          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5036          * low watermark.
5037          */
5038         reclaimable = global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE) +
5039                         global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5040         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5041
5042         if (available < 0)
5043                 available = 0;
5044         return available;
5045 }
5046 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5047
5048 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5049 {
5050         val->totalram = totalram_pages();
5051         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5052         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5053         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5054         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5055         val->freehigh = nr_free_highpages();
5056         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5057 }
5058
5059 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5060
5061 #ifdef CONFIG_NUMA
5062 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5063 {
5064         int zone_type;          /* needs to be signed */
5065         unsigned long managed_pages = 0;
5066         unsigned long managed_highpages = 0;
5067         unsigned long free_highpages = 0;
5068         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5069
5070         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5071                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5072         val->totalram = managed_pages;
5073         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5074         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5075 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5076         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5077                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5078
5079                 if (is_highmem(zone)) {
5080                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5081                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5082                 }
5083         }
5084         val->totalhigh = managed_highpages;
5085         val->freehigh = free_highpages;
5086 #else
5087         val->totalhigh = managed_highpages;
5088         val->freehigh = free_highpages;
5089 #endif
5090         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5091 }
5092 #endif
5093
5094 /*
5095  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5096  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5097  */
5098 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5099 {
5100         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5101                 return false;
5102
5103         /*
5104          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5105          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5106          * have to be precise here.
5107          */
5108         if (!nodemask)
5109                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5110
5111         return !node_isset(nid, *nodemask);
5112 }
5113
5114 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5115
5116 static void show_migration_types(unsigned char type)
5117 {
5118         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5119                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5120                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5121                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5122                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5123 #ifdef CONFIG_CMA
5124                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5125 #endif
5126 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5127                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5128 #endif
5129         };
5130         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5131         char *p = tmp;
5132         int i;
5133
5134         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5135                 if (type & (1 << i))
5136                         *p++ = types[i];
5137         }
5138
5139         *p = '\0';
5140         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5141 }
5142
5143 /*
5144  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5145  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5146  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5147  *
5148  * Bits in @filter:
5149  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5150  *   cpuset.
5151  */
5152 void show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask)
5153 {
5154         unsigned long free_pcp = 0;
5155         int cpu;
5156         struct zone *zone;
5157         pg_data_t *pgdat;
5158
5159         for_each_populated_zone(zone) {
5160                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5161                         continue;
5162
5163                 for_each_online_cpu(cpu)
5164                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5165         }
5166
5167         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5168                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5169                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu unstable:%lu\n"
5170                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5171                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5172                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5173                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5174                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5175                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5176                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5177                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5178                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5179                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5180                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5181                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5182                 global_node_page_state(NR_UNSTABLE_NFS),
5183                 global_node_page_state(NR_SLAB_RECLAIMABLE),
5184                 global_node_page_state(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE),
5185                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5186                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5187                 global_zone_page_state(NR_PAGETABLE),
5188                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5189                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5190                 free_pcp,
5191                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5192
5193         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5194                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5195                         continue;
5196
5197                 printk("Node %d"
5198                         " active_anon:%lukB"
5199                         " inactive_anon:%lukB"
5200                         " active_file:%lukB"
5201                         " inactive_file:%lukB"
5202                         " unevictable:%lukB"
5203                         " isolated(anon):%lukB"
5204                         " isolated(file):%lukB"
5205                         " mapped:%lukB"
5206                         " dirty:%lukB"
5207                         " writeback:%lukB"
5208                         " shmem:%lukB"
5209 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5210                         " shmem_thp: %lukB"
5211                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5212                         " anon_thp: %lukB"
5213 #endif
5214                         " writeback_tmp:%lukB"
5215                         " unstable:%lukB"
5216                         " all_unreclaimable? %s"
5217                         "\n",
5218                         pgdat->node_id,
5219                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5220                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5221                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5222                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5223                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5224                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5225                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5226                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5227                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5228                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5229                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5230 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5231                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5232                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)
5233                                         * HPAGE_PMD_NR),
5234                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS) * HPAGE_PMD_NR),
5235 #endif
5236                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5237                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNSTABLE_NFS)),
5238                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5239                                 "yes" : "no");
5240         }
5241
5242         for_each_populated_zone(zone) {
5243                 int i;
5244
5245                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5246                         continue;
5247
5248                 free_pcp = 0;
5249                 for_each_online_cpu(cpu)
5250                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu)->pcp.count;
5251
5252                 show_node(zone);
5253                 printk(KERN_CONT
5254                         "%s"
5255                         " free:%lukB"
5256                         " min:%lukB"
5257                         " low:%lukB"
5258                         " high:%lukB"
5259                         " active_anon:%lukB"
5260                         " inactive_anon:%lukB"
5261                         " active_file:%lukB"
5262                         " inactive_file:%lukB"
5263                         " unevictable:%lukB"
5264                         " writepending:%lukB"
5265                         " present:%lukB"
5266                         " managed:%lukB"
5267                         " mlocked:%lukB"
5268                         " kernel_stack:%lukB"
5269                         " pagetables:%lukB"
5270                         " bounce:%lukB"
5271                         " free_pcp:%lukB"
5272                         " local_pcp:%ukB"
5273                         " free_cma:%lukB"
5274                         "\n",
5275                         zone->name,
5276                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5277                         K(min_wmark_pages(zone)),
5278                         K(low_wmark_pages(zone)),
5279                         K(high_wmark_pages(zone)),
5280                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5281                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5282                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5283                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5284                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5285                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5286                         K(zone->present_pages),
5287                         K(zone_managed_pages(zone)),
5288                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5289                         zone_page_state(zone, NR_KERNEL_STACK_KB),
5290                         K(zone_page_state(zone, NR_PAGETABLE)),
5291                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5292                         K(free_pcp),
5293                         K(this_cpu_read(zone->pageset->pcp.count)),
5294                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5295                 printk("lowmem_reserve[]:");
5296                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5297                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5298                 printk(KERN_CONT "\n");
5299         }
5300
5301         for_each_populated_zone(zone) {
5302                 unsigned int order;
5303                 unsigned long nr[MAX_ORDER], flags, total = 0;
5304                 unsigned char types[MAX_ORDER];
5305
5306                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5307                         continue;
5308                 show_node(zone);
5309                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5310
5311                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5312                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5313                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5314                         int type;
5315
5316                         nr[order] = area->nr_free;
5317                         total += nr[order] << order;
5318
5319                         types[order] = 0;
5320                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5321                                 if (!free_area_empty(area, type))
5322                                         types[order] |= 1 << type;
5323                         }
5324                 }
5325                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5326                 for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
5327                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5328                                nr[order], K(1UL) << order);
5329                         if (nr[order])
5330                                 show_migration_types(types[order]);
5331                 }
5332                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5333         }
5334
5335         hugetlb_show_meminfo();
5336
5337         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5338
5339         show_swap_cache_info();
5340 }
5341
5342 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5343 {
5344         zoneref->zone = zone;
5345         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5346 }
5347
5348 /*
5349  * Builds allocation fallback zone lists.
5350  *
5351  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5352  */
5353 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5354 {
5355         struct zone *zone;
5356         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5357         int nr_zones = 0;
5358
5359         do {
5360                 zone_type--;
5361                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5362                 if (managed_zone(zone)) {
5363                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5364                         check_highest_zone(zone_type);
5365                 }
5366         } while (zone_type);
5367
5368         return nr_zones;
5369 }
5370
5371 #ifdef CONFIG_NUMA
5372
5373 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5374 {
5375         /*
5376          * We used to support different zonlists modes but they turned
5377          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5378          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5379          * not fail it silently
5380          */
5381         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5382                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5383                 return -EINVAL;
5384         }
5385         return 0;
5386 }
5387
5388 static __init int setup_numa_zonelist_order(char *s)
5389 {
5390         if (!s)
5391                 return 0;
5392
5393         return __parse_numa_zonelist_order(s);
5394 }
5395 early_param("numa_zonelist_order", setup_numa_zonelist_order);
5396
5397 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5398
5399 /*
5400  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5401  */
5402 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5403                 void __user *buffer, size_t *length,
5404                 loff_t *ppos)
5405 {
5406         char *str;
5407         int ret;
5408
5409         if (!write)
5410                 return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5411         str = memdup_user_nul(buffer, 16);
5412         if (IS_ERR(str))
5413                 return PTR_ERR(str);
5414
5415         ret = __parse_numa_zonelist_order(str);
5416         kfree(str);
5417         return ret;
5418 }
5419
5420
5421 #define MAX_NODE_LOAD (nr_online_nodes)
5422 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5423
5424 /**
5425  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5426  * @node: node whose fallback list we're appending
5427  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5428  *
5429  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5430  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5431  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5432  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5433  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5434  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5435  * on them otherwise.
5436  *
5437  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5438  */
5439 static int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5440 {
5441         int n, val;
5442         int min_val = INT_MAX;
5443         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5444         const struct cpumask *tmp = cpumask_of_node(0);
5445
5446         /* Use the local node if we haven't already */
5447         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5448                 node_set(node, *used_node_mask);
5449                 return node;
5450         }
5451
5452         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5453
5454                 /* Don't want a node to appear more than once */
5455                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5456                         continue;
5457
5458                 /* Use the distance array to find the distance */
5459                 val = node_distance(node, n);
5460
5461                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5462                 val += (n < node);
5463
5464                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5465                 tmp = cpumask_of_node(n);
5466                 if (!cpumask_empty(tmp))
5467                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5468
5469                 /* Slight preference for less loaded node */
5470                 val *= (MAX_NODE_LOAD*MAX_NUMNODES);
5471                 val += node_load[n];
5472
5473                 if (val < min_val) {
5474                         min_val = val;
5475                         best_node = n;
5476                 }
5477         }
5478
5479         if (best_node >= 0)
5480                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5481
5482         return best_node;
5483 }
5484
5485
5486 /*
5487  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5488  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5489  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5490  */
5491 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5492                 unsigned nr_nodes)
5493 {
5494         struct zoneref *zonerefs;
5495         int i;
5496
5497         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5498
5499         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5500                 int nr_zones;
5501
5502                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5503
5504                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5505                 zonerefs += nr_zones;
5506         }
5507         zonerefs->zone = NULL;
5508         zonerefs->zone_idx = 0;
5509 }
5510
5511 /*
5512  * Build gfp_thisnode zonelists
5513  */
5514 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5515 {
5516         struct zoneref *zonerefs;
5517         int nr_zones;
5518
5519         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5520         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5521         zonerefs += nr_zones;
5522         zonerefs->zone = NULL;
5523         zonerefs->zone_idx = 0;
5524 }
5525
5526 /*
5527  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5528  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5529  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5530  * may still exist in local DMA zone.
5531  */
5532
5533 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5534 {
5535         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5536         int node, load, nr_nodes = 0;
5537         nodemask_t used_mask;
5538         int local_node, prev_node;
5539
5540         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5541         local_node = pgdat->node_id;
5542         load = nr_online_nodes;
5543         prev_node = local_node;
5544         nodes_clear(used_mask);
5545
5546         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5547         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5548                 /*
5549                  * We don't want to pressure a particular node.
5550                  * So adding penalty to the first node in same
5551                  * distance group to make it round-robin.
5552                  */
5553                 if (node_distance(local_node, node) !=
5554                     node_distance(local_node, prev_node))
5555                         node_load[node] = load;
5556
5557                 node_order[nr_nodes++] = node;
5558                 prev_node = node;
5559                 load--;
5560         }
5561
5562         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5563         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5564 }
5565
5566 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5567 /*
5568  * Return node id of node used for "local" allocations.
5569  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5570  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5571  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5572  */
5573 int local_memory_node(int node)
5574 {
5575         struct zoneref *z;
5576
5577         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5578                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5579                                    NULL);
5580         return zone_to_nid(z->zone);
5581 }
5582 #endif
5583
5584 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5585 static void setup_min_slab_ratio(void);
5586 #else   /* CONFIG_NUMA */
5587
5588 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5589 {
5590         int node, local_node;
5591         struct zoneref *zonerefs;
5592         int nr_zones;
5593
5594         local_node = pgdat->node_id;
5595
5596         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5597         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5598         zonerefs += nr_zones;
5599
5600         /*
5601          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5602          * of all the other nodes.
5603          * We don't want to pressure a particular node, so when
5604          * building the zones for node N, we make sure that the
5605          * zones coming right after the local ones are those from
5606          * node N+1 (modulo N)
5607          */
5608         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5609                 if (!node_online(node))
5610                         continue;
5611                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5612                 zonerefs += nr_zones;
5613         }
5614         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5615                 if (!node_online(node))
5616                         continue;
5617                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5618                 zonerefs += nr_zones;
5619         }
5620
5621         zonerefs->zone = NULL;
5622         zonerefs->zone_idx = 0;
5623 }
5624
5625 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5626
5627 /*
5628  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5629  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5630  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5631  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5632  * with interrupts disabled.
5633  *
5634  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5635  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5636  * hotplugged processors.
5637  *
5638  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5639  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5640  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5641  */
5642 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch);
5643 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pageset, boot_pageset);
5644 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_nodestat, boot_nodestats);
5645
5646 static void __build_all_zonelists(void *data)
5647 {
5648         int nid;
5649         int __maybe_unused cpu;
5650         pg_data_t *self = data;
5651         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5652
5653         spin_lock(&lock);
5654
5655 #ifdef CONFIG_NUMA
5656         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5657 #endif
5658
5659         /*
5660          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5661          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5662          */
5663         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5664                 build_zonelists(self);
5665         } else {
5666                 for_each_online_node(nid) {
5667                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5668
5669                         build_zonelists(pgdat);
5670                 }
5671
5672 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5673                 /*
5674                  * We now know the "local memory node" for each node--
5675                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5676                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5677                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5678                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5679                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5680                  */
5681                 for_each_online_cpu(cpu)
5682                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5683 #endif
5684         }
5685
5686         spin_unlock(&lock);
5687 }
5688
5689 static noinline void __init
5690 build_all_zonelists_init(void)
5691 {
5692         int cpu;
5693
5694         __build_all_zonelists(NULL);
5695
5696         /*
5697          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5698          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5699          * each zone will be allocated later when the per cpu
5700          * allocator is available.
5701          *
5702          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5703          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5704          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5705          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5706          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5707          * (a chicken-egg dilemma).
5708          */
5709         for_each_possible_cpu(cpu)
5710                 setup_pageset(&per_cpu(boot_pageset, cpu), 0);
5711
5712         mminit_verify_zonelist();
5713         cpuset_init_current_mems_allowed();
5714 }
5715
5716 /*
5717  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5718  *
5719  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5720  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5721  */
5722 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5723 {
5724         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5725                 build_all_zonelists_init();
5726         } else {
5727                 __build_all_zonelists(pgdat);
5728                 /* cpuset refresh routine should be here */
5729         }
5730         vm_total_pages = nr_free_pagecache_pages();
5731         /*
5732          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5733          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5734          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5735          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5736          * disabled and enable it later
5737          */
5738         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5739                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5740         else
5741                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5742
5743         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5744                 nr_online_nodes,
5745                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5746                 vm_total_pages);
5747 #ifdef CONFIG_NUMA
5748         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5749 #endif
5750 }
5751
5752 /* If zone is ZONE_MOVABLE but memory is mirrored, it is an overlapped init */
5753 static bool __meminit
5754 overlap_memmap_init(unsigned long zone, unsigned long *pfn)
5755 {
5756 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
5757         static struct memblock_region *r;
5758
5759         if (mirrored_kernelcore && zone == ZONE_MOVABLE) {
5760                 if (!r || *pfn >= memblock_region_memory_end_pfn(r)) {
5761                         for_each_memblock(memory, r) {
5762                                 if (*pfn < memblock_region_memory_end_pfn(r))
5763                                         break;
5764                         }
5765                 }
5766                 if (*pfn >= memblock_region_memory_base_pfn(r) &&
5767                     memblock_is_mirror(r)) {
5768                         *pfn = memblock_region_memory_end_pfn(r);
5769                         return true;
5770                 }
5771         }
5772 #endif
5773         return false;
5774 }
5775
5776 /*
5777  * Initially all pages are reserved - free ones are freed
5778  * up by memblock_free_all() once the early boot process is
5779  * done. Non-atomic initialization, single-pass.
5780  */
5781 void __meminit memmap_init_zone(unsigned long size, int nid, unsigned long zone,
5782                 unsigned long start_pfn, enum memmap_context context,
5783                 struct vmem_altmap *altmap)
5784 {
5785         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5786         struct page *page;
5787
5788         if (highest_memmap_pfn < end_pfn - 1)
5789                 highest_memmap_pfn = end_pfn - 1;
5790
5791 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5792         /*
5793          * Honor reservation requested by the driver for this ZONE_DEVICE
5794          * memory. We limit the total number of pages to initialize to just
5795          * those that might contain the memory mapping. We will defer the
5796          * ZONE_DEVICE page initialization until after we have released
5797          * the hotplug lock.
5798          */
5799         if (zone == ZONE_DEVICE) {
5800                 if (!altmap)
5801                         return;
5802
5803                 if (start_pfn == altmap->base_pfn)
5804                         start_pfn += altmap->reserve;
5805                 end_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5806         }
5807 #endif
5808
5809         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5810                 /*
5811                  * There can be holes in boot-time mem_map[]s handed to this
5812                  * function.  They do not exist on hotplugged memory.
5813                  */
5814                 if (context == MEMMAP_EARLY) {
5815                         if (!early_pfn_valid(pfn))
5816                                 continue;
5817                         if (!early_pfn_in_nid(pfn, nid))
5818                                 continue;
5819                         if (overlap_memmap_init(zone, &pfn))
5820                                 continue;
5821                         if (defer_init(nid, pfn, end_pfn))
5822                                 break;
5823                 }
5824
5825                 page = pfn_to_page(pfn);
5826                 __init_single_page(page, pfn, zone, nid);
5827                 if (context == MEMMAP_HOTPLUG)
5828                         __SetPageReserved(page);
5829
5830                 /*
5831                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5832                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5833                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5834                  * the address space during boot when many long-lived
5835                  * kernel allocations are made.
5836                  *
5837                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5838                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5839                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5840                  * pfn out of zone.
5841                  */
5842                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5843                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5844                         cond_resched();
5845                 }
5846         }
5847 }
5848
5849 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
5850 void __ref memmap_init_zone_device(struct zone *zone,
5851                                    unsigned long start_pfn,
5852                                    unsigned long size,
5853                                    struct dev_pagemap *pgmap)
5854 {
5855         unsigned long pfn, end_pfn = start_pfn + size;
5856         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
5857         unsigned long zone_idx = zone_idx(zone);
5858         unsigned long start = jiffies;
5859         int nid = pgdat->node_id;
5860
5861         if (WARN_ON_ONCE(!pgmap || !is_dev_zone(zone)))
5862                 return;
5863
5864         /*
5865          * The call to memmap_init_zone should have already taken care
5866          * of the pages reserved for the memmap, so we can just jump to
5867          * the end of that region and start processing the device pages.
5868          */
5869         if (pgmap->altmap_valid) {
5870                 struct vmem_altmap *altmap = &pgmap->altmap;
5871
5872                 start_pfn = altmap->base_pfn + vmem_altmap_offset(altmap);
5873                 size = end_pfn - start_pfn;
5874         }
5875
5876         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++) {
5877                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
5878
5879                 __init_single_page(page, pfn, zone_idx, nid);
5880
5881                 /*
5882                  * Mark page reserved as it will need to wait for onlining
5883                  * phase for it to be fully associated with a zone.
5884                  *
5885                  * We can use the non-atomic __set_bit operation for setting
5886                  * the flag as we are still initializing the pages.
5887                  */
5888                 __SetPageReserved(page);
5889
5890                 /*
5891                  * ZONE_DEVICE pages union ->lru with a ->pgmap back
5892                  * pointer and hmm_data.  It is a bug if a ZONE_DEVICE
5893                  * page is ever freed or placed on a driver-private list.
5894                  */
5895                 page->pgmap = pgmap;
5896                 page->hmm_data = 0;
5897
5898                 /*
5899                  * Mark the block movable so that blocks are reserved for
5900                  * movable at startup. This will force kernel allocations
5901                  * to reserve their blocks rather than leaking throughout
5902                  * the address space during boot when many long-lived
5903                  * kernel allocations are made.
5904                  *
5905                  * bitmap is created for zone's valid pfn range. but memmap
5906                  * can be created for invalid pages (for alignment)
5907                  * check here not to call set_pageblock_migratetype() against
5908                  * pfn out of zone.
5909                  *
5910                  * Please note that MEMMAP_HOTPLUG path doesn't clear memmap
5911                  * because this is done early in sparse_add_one_section
5912                  */
5913                 if (!(pfn & (pageblock_nr_pages - 1))) {
5914                         set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_MOVABLE);
5915                         cond_resched();
5916                 }
5917         }
5918
5919         pr_info("%s initialised, %lu pages in %ums\n", dev_name(pgmap->dev),
5920                 size, jiffies_to_msecs(jiffies - start));
5921 }
5922
5923 #endif
5924 static void __meminit zone_init_free_lists(struct zone *zone)
5925 {
5926         unsigned int order, t;
5927         for_each_migratetype_order(order, t) {
5928                 INIT_LIST_HEAD(&zone->free_area[order].free_list[t]);
5929                 zone->free_area[order].nr_free = 0;
5930         }
5931 }
5932
5933 void __meminit __weak memmap_init(unsigned long size, int nid,
5934                                   unsigned long zone, unsigned long start_pfn)
5935 {
5936         memmap_init_zone(size, nid, zone, start_pfn, MEMMAP_EARLY, NULL);
5937 }
5938
5939 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5940 {
5941 #ifdef CONFIG_MMU
5942         int batch;
5943
5944         /*
5945          * The per-cpu-pages pools are set to around 1000th of the
5946          * size of the zone.
5947          */
5948         batch = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5949         /* But no more than a meg. */
5950         if (batch * PAGE_SIZE > 1024 * 1024)
5951                 batch = (1024 * 1024) / PAGE_SIZE;
5952         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5953         if (batch < 1)
5954                 batch = 1;
5955
5956         /*
5957          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5958          * of 2 value was found to be more likely to have
5959          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5960          *
5961          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5962          * batches of pages, one task can end up with a lot
5963          * of pages of one half of the possible page colors
5964          * and the other with pages of the other colors.
5965          */
5966         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5967
5968         return batch;
5969
5970 #else
5971         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5972          * conditions.
5973          *
5974          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5975          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5976          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5977          *
5978          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5979          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5980          * can be a significant delay between the individual batches being
5981          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5982          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5983          */
5984         return 0;
5985 #endif
5986 }
5987
5988 /*
5989  * pcp->high and pcp->batch values are related and dependent on one another:
5990  * ->batch must never be higher then ->high.
5991  * The following function updates them in a safe manner without read side
5992  * locking.
5993  *
5994  * Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they can cope with
5995  * those fields changing asynchronously (acording the the above rule).
5996  *
5997  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5998  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5999  * exist).
6000  */
6001 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6002                 unsigned long batch)
6003 {
6004        /* start with a fail safe value for batch */
6005         pcp->batch = 1;
6006         smp_wmb();
6007
6008        /* Update high, then batch, in order */
6009         pcp->high = high;
6010         smp_wmb();
6011
6012         pcp->batch = batch;
6013 }
6014
6015 /* a companion to pageset_set_high() */
6016 static void pageset_set_batch(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6017 {
6018         pageset_update(&p->pcp, 6 * batch, max(1UL, 1 * batch));
6019 }
6020
6021 static void pageset_init(struct per_cpu_pageset *p)
6022 {
6023         struct per_cpu_pages *pcp;
6024         int migratetype;
6025
6026         memset(p, 0, sizeof(*p));
6027
6028         pcp = &p->pcp;
6029         for (migratetype = 0; migratetype < MIGRATE_PCPTYPES; migratetype++)
6030                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[migratetype]);
6031 }
6032
6033 static void setup_pageset(struct per_cpu_pageset *p, unsigned long batch)
6034 {
6035         pageset_init(p);
6036         pageset_set_batch(p, batch);
6037 }
6038
6039 /*
6040  * pageset_set_high() sets the high water mark for hot per_cpu_pagelist
6041  * to the value high for the pageset p.
6042  */
6043 static void pageset_set_high(struct per_cpu_pageset *p,
6044                                 unsigned long high)
6045 {
6046         unsigned long batch = max(1UL, high / 4);
6047         if ((high / 4) > (PAGE_SHIFT * 8))
6048                 batch = PAGE_SHIFT * 8;
6049
6050         pageset_update(&p->pcp, high, batch);
6051 }
6052
6053 static void pageset_set_high_and_batch(struct zone *zone,
6054                                        struct per_cpu_pageset *pcp)
6055 {
6056         if (percpu_pagelist_fraction)
6057                 pageset_set_high(pcp,
6058                         (zone_managed_pages(zone) /
6059                                 percpu_pagelist_fraction));
6060         else
6061                 pageset_set_batch(pcp, zone_batchsize(zone));
6062 }
6063
6064 static void __meminit zone_pageset_init(struct zone *zone, int cpu)
6065 {
6066         struct per_cpu_pageset *pcp = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
6067
6068         pageset_init(pcp);
6069         pageset_set_high_and_batch(zone, pcp);
6070 }
6071
6072 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6073 {
6074         int cpu;
6075         zone->pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pageset);
6076         for_each_possible_cpu(cpu)
6077                 zone_pageset_init(zone, cpu);
6078 }
6079
6080 /*
6081  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6082  * Before this call only boot pagesets were available.
6083  */
6084 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6085 {
6086         struct pglist_data *pgdat;
6087         struct zone *zone;
6088
6089         for_each_populated_zone(zone)
6090                 setup_zone_pageset(zone);
6091
6092         for_each_online_pgdat(pgdat)
6093                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6094                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6095 }
6096
6097 static __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6098 {
6099         /*
6100          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6101          * relies on the ability of the linker to provide the
6102          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6103          */
6104         zone->pageset = &boot_pageset;
6105
6106         if (populated_zone(zone))
6107                 printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n",
6108                         zone->name, zone->present_pages,
6109                                          zone_batchsize(zone));
6110 }
6111
6112 void __meminit init_currently_empty_zone(struct zone *zone,
6113                                         unsigned long zone_start_pfn,
6114                                         unsigned long size)
6115 {
6116         struct pglist_data *pgdat = zone->zone_pgdat;
6117         int zone_idx = zone_idx(zone) + 1;
6118
6119         if (zone_idx > pgdat->nr_zones)
6120                 pgdat->nr_zones = zone_idx;
6121
6122         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6123
6124         mminit_dprintk(MMINIT_TRACE, "memmap_init",
6125                         "Initialising map node %d zone %lu pfns %lu -> %lu\n",
6126                         pgdat->node_id,
6127                         (unsigned long)zone_idx(zone),
6128                         zone_start_pfn, (zone_start_pfn + size));
6129
6130         zone_init_free_lists(zone);
6131         zone->initialized = 1;
6132 }
6133
6134 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6135 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID
6136
6137 /*
6138  * Required by SPARSEMEM. Given a PFN, return what node the PFN is on.
6139  */
6140 int __meminit __early_pfn_to_nid(unsigned long pfn,
6141                                         struct mminit_pfnnid_cache *state)
6142 {
6143         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6144         int nid;
6145
6146         if (state->last_start <= pfn && pfn < state->last_end)
6147                 return state->last_nid;
6148
6149         nid = memblock_search_pfn_nid(pfn, &start_pfn, &end_pfn);
6150         if (nid != NUMA_NO_NODE) {
6151                 state->last_start = start_pfn;
6152                 state->last_end = end_pfn;
6153                 state->last_nid = nid;
6154         }
6155
6156         return nid;
6157 }
6158 #endif /* CONFIG_HAVE_ARCH_EARLY_PFN_TO_NID */
6159
6160 /**
6161  * free_bootmem_with_active_regions - Call memblock_free_early_nid for each active range
6162  * @nid: The node to free memory on. If MAX_NUMNODES, all nodes are freed.
6163  * @max_low_pfn: The highest PFN that will be passed to memblock_free_early_nid
6164  *
6165  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes
6166  * and may be freed, this this function may be used instead of calling
6167  * memblock_free_early_nid() manually.
6168  */
6169 void __init free_bootmem_with_active_regions(int nid, unsigned long max_low_pfn)
6170 {
6171         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6172         int i, this_nid;
6173
6174         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid) {
6175                 start_pfn = min(start_pfn, max_low_pfn);
6176                 end_pfn = min(end_pfn, max_low_pfn);
6177
6178                 if (start_pfn < end_pfn)
6179                         memblock_free_early_nid(PFN_PHYS(start_pfn),
6180                                         (end_pfn - start_pfn) << PAGE_SHIFT,
6181                                         this_nid);
6182         }
6183 }
6184
6185 /**
6186  * sparse_memory_present_with_active_regions - Call memory_present for each active range
6187  * @nid: The node to call memory_present for. If MAX_NUMNODES, all nodes will be used.
6188  *
6189  * If an architecture guarantees that all ranges registered contain no holes and may
6190  * be freed, this function may be used instead of calling memory_present() manually.
6191  */
6192 void __init sparse_memory_present_with_active_regions(int nid)
6193 {
6194         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6195         int i, this_nid;
6196
6197         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, &this_nid)
6198                 memory_present(this_nid, start_pfn, end_pfn);
6199 }
6200
6201 /**
6202  * get_pfn_range_for_nid - Return the start and end page frames for a node
6203  * @nid: The nid to return the range for. If MAX_NUMNODES, the min and max PFN are returned.
6204  * @start_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node start_pfn.
6205  * @end_pfn: Passed by reference. On return, it will have the node end_pfn.
6206  *
6207  * It returns the start and end page frame of a node based on information
6208  * provided by memblock_set_node(). If called for a node
6209  * with no available memory, a warning is printed and the start and end
6210  * PFNs will be 0.
6211  */
6212 void __init get_pfn_range_for_nid(unsigned int nid,
6213                         unsigned long *start_pfn, unsigned long *end_pfn)
6214 {
6215         unsigned long this_start_pfn, this_end_pfn;
6216         int i;
6217
6218         *start_pfn = -1UL;
6219         *end_pfn = 0;
6220
6221         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &this_start_pfn, &this_end_pfn, NULL) {
6222                 *start_pfn = min(*start_pfn, this_start_pfn);
6223                 *end_pfn = max(*end_pfn, this_end_pfn);
6224         }
6225
6226         if (*start_pfn == -1UL)
6227                 *start_pfn = 0;
6228 }
6229
6230 /*
6231  * This finds a zone that can be used for ZONE_MOVABLE pages. The
6232  * assumption is made that zones within a node are ordered in monotonic
6233  * increasing memory addresses so that the "highest" populated zone is used
6234  */
6235 static void __init find_usable_zone_for_movable(void)
6236 {
6237         int zone_index;
6238         for (zone_index = MAX_NR_ZONES - 1; zone_index >= 0; zone_index--) {
6239                 if (zone_index == ZONE_MOVABLE)
6240                         continue;
6241
6242                 if (arch_zone_highest_possible_pfn[zone_index] >
6243                                 arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_index])
6244                         break;
6245         }
6246
6247         VM_BUG_ON(zone_index == -1);
6248         movable_zone = zone_index;
6249 }
6250
6251 /*
6252  * The zone ranges provided by the architecture do not include ZONE_MOVABLE
6253  * because it is sized independent of architecture. Unlike the other zones,
6254  * the starting point for ZONE_MOVABLE is not fixed. It may be different
6255  * in each node depending on the size of each node and how evenly kernelcore
6256  * is distributed. This helper function adjusts the zone ranges
6257  * provided by the architecture for a given node by using the end of the
6258  * highest usable zone for ZONE_MOVABLE. This preserves the assumption that
6259  * zones within a node are in order of monotonic increases memory addresses
6260  */
6261 static void __init adjust_zone_range_for_zone_movable(int nid,
6262                                         unsigned long zone_type,
6263                                         unsigned long node_start_pfn,
6264                                         unsigned long node_end_pfn,
6265                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6266                                         unsigned long *zone_end_pfn)
6267 {
6268         /* Only adjust if ZONE_MOVABLE is on this node */
6269         if (zone_movable_pfn[nid]) {
6270                 /* Size ZONE_MOVABLE */
6271                 if (zone_type == ZONE_MOVABLE) {
6272                         *zone_start_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6273                         *zone_end_pfn = min(node_end_pfn,
6274                                 arch_zone_highest_possible_pfn[movable_zone]);
6275
6276                 /* Adjust for ZONE_MOVABLE starting within this range */
6277                 } else if (!mirrored_kernelcore &&
6278                         *zone_start_pfn < zone_movable_pfn[nid] &&
6279                         *zone_end_pfn > zone_movable_pfn[nid]) {
6280                         *zone_end_pfn = zone_movable_pfn[nid];
6281
6282                 /* Check if this whole range is within ZONE_MOVABLE */
6283                 } else if (*zone_start_pfn >= zone_movable_pfn[nid])
6284                         *zone_start_pfn = *zone_end_pfn;
6285         }
6286 }
6287
6288 /*
6289  * Return the number of pages a zone spans in a node, including holes
6290  * present_pages = zone_spanned_pages_in_node() - zone_absent_pages_in_node()
6291  */
6292 static unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6293                                         unsigned long zone_type,
6294                                         unsigned long node_start_pfn,
6295                                         unsigned long node_end_pfn,
6296                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6297                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6298                                         unsigned long *ignored)
6299 {
6300         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6301         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6302         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6303         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6304                 return 0;
6305
6306         /* Get the start and end of the zone */
6307         *zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6308         *zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6309         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6310                                 node_start_pfn, node_end_pfn,
6311                                 zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6312
6313         /* Check that this node has pages within the zone's required range */
6314         if (*zone_end_pfn < node_start_pfn || *zone_start_pfn > node_end_pfn)
6315                 return 0;
6316
6317         /* Move the zone boundaries inside the node if necessary */
6318         *zone_end_pfn = min(*zone_end_pfn, node_end_pfn);
6319         *zone_start_pfn = max(*zone_start_pfn, node_start_pfn);
6320
6321         /* Return the spanned pages */
6322         return *zone_end_pfn - *zone_start_pfn;
6323 }
6324
6325 /*
6326  * Return the number of holes in a range on a node. If nid is MAX_NUMNODES,
6327  * then all holes in the requested range will be accounted for.
6328  */
6329 unsigned long __init __absent_pages_in_range(int nid,
6330                                 unsigned long range_start_pfn,
6331                                 unsigned long range_end_pfn)
6332 {
6333         unsigned long nr_absent = range_end_pfn - range_start_pfn;
6334         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6335         int i;
6336
6337         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
6338                 start_pfn = clamp(start_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6339                 end_pfn = clamp(end_pfn, range_start_pfn, range_end_pfn);
6340                 nr_absent -= end_pfn - start_pfn;
6341         }
6342         return nr_absent;
6343 }
6344
6345 /**
6346  * absent_pages_in_range - Return number of page frames in holes within a range
6347  * @start_pfn: The start PFN to start searching for holes
6348  * @end_pfn: The end PFN to stop searching for holes
6349  *
6350  * Return: the number of pages frames in memory holes within a range.
6351  */
6352 unsigned long __init absent_pages_in_range(unsigned long start_pfn,
6353                                                         unsigned long end_pfn)
6354 {
6355         return __absent_pages_in_range(MAX_NUMNODES, start_pfn, end_pfn);
6356 }
6357
6358 /* Return the number of page frames in holes in a zone on a node */
6359 static unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6360                                         unsigned long zone_type,
6361                                         unsigned long node_start_pfn,
6362                                         unsigned long node_end_pfn,
6363                                         unsigned long *ignored)
6364 {
6365         unsigned long zone_low = arch_zone_lowest_possible_pfn[zone_type];
6366         unsigned long zone_high = arch_zone_highest_possible_pfn[zone_type];
6367         unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6368         unsigned long nr_absent;
6369
6370         /* When hotadd a new node from cpu_up(), the node should be empty */
6371         if (!node_start_pfn && !node_end_pfn)
6372                 return 0;
6373
6374         zone_start_pfn = clamp(node_start_pfn, zone_low, zone_high);
6375         zone_end_pfn = clamp(node_end_pfn, zone_low, zone_high);
6376
6377         adjust_zone_range_for_zone_movable(nid, zone_type,
6378                         node_start_pfn, node_end_pfn,
6379                         &zone_start_pfn, &zone_end_pfn);
6380         nr_absent = __absent_pages_in_range(nid, zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6381
6382         /*
6383          * ZONE_MOVABLE handling.
6384          * Treat pages to be ZONE_MOVABLE in ZONE_NORMAL as absent pages
6385          * and vice versa.
6386          */
6387         if (mirrored_kernelcore && zone_movable_pfn[nid]) {
6388                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
6389                 struct memblock_region *r;
6390
6391                 for_each_memblock(memory, r) {
6392                         start_pfn = clamp(memblock_region_memory_base_pfn(r),
6393                                           zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6394                         end_pfn = clamp(memblock_region_memory_end_pfn(r),
6395                                         zone_start_pfn, zone_end_pfn);
6396
6397                         if (zone_type == ZONE_MOVABLE &&
6398                             memblock_is_mirror(r))
6399                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6400
6401                         if (zone_type == ZONE_NORMAL &&
6402                             !memblock_is_mirror(r))
6403                                 nr_absent += end_pfn - start_pfn;
6404                 }
6405         }
6406
6407         return nr_absent;
6408 }
6409
6410 #else /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6411 static inline unsigned long __init zone_spanned_pages_in_node(int nid,
6412                                         unsigned long zone_type,
6413                                         unsigned long node_start_pfn,
6414                                         unsigned long node_end_pfn,
6415                                         unsigned long *zone_start_pfn,
6416                                         unsigned long *zone_end_pfn,
6417                                         unsigned long *zones_size)
6418 {
6419         unsigned int zone;
6420
6421         *zone_start_pfn = node_start_pfn;
6422         for (zone = 0; zone < zone_type; zone++)
6423                 *zone_start_pfn += zones_size[zone];
6424
6425         *zone_end_pfn = *zone_start_pfn + zones_size[zone_type];
6426
6427         return zones_size[zone_type];
6428 }
6429
6430 static inline unsigned long __init zone_absent_pages_in_node(int nid,
6431                                                 unsigned long zone_type,
6432                                                 unsigned long node_start_pfn,
6433                                                 unsigned long node_end_pfn,
6434                                                 unsigned long *zholes_size)
6435 {
6436         if (!zholes_size)
6437                 return 0;
6438
6439         return zholes_size[zone_type];
6440 }
6441
6442 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6443
6444 static void __init calculate_node_totalpages(struct pglist_data *pgdat,
6445                                                 unsigned long node_start_pfn,
6446                                                 unsigned long node_end_pfn,
6447                                                 unsigned long *zones_size,
6448                                                 unsigned long *zholes_size)
6449 {
6450         unsigned long realtotalpages = 0, totalpages = 0;
6451         enum zone_type i;
6452
6453         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6454                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6455                 unsigned long zone_start_pfn, zone_end_pfn;
6456                 unsigned long size, real_size;
6457
6458                 size = zone_spanned_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6459                                                   node_start_pfn,
6460                                                   node_end_pfn,
6461                                                   &zone_start_pfn,
6462                                                   &zone_end_pfn,
6463                                                   zones_size);
6464                 real_size = size - zone_absent_pages_in_node(pgdat->node_id, i,
6465                                                   node_start_pfn, node_end_pfn,
6466                                                   zholes_size);
6467                 if (size)
6468                         zone->zone_start_pfn = zone_start_pfn;
6469                 else
6470                         zone->zone_start_pfn = 0;
6471                 zone->spanned_pages = size;
6472                 zone->present_pages = real_size;
6473
6474                 totalpages += size;
6475                 realtotalpages += real_size;
6476         }
6477
6478         pgdat->node_spanned_pages = totalpages;
6479         pgdat->node_present_pages = realtotalpages;
6480         printk(KERN_DEBUG "On node %d totalpages: %lu\n", pgdat->node_id,
6481                                                         realtotalpages);
6482 }
6483
6484 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
6485 /*
6486  * Calculate the size of the zone->blockflags rounded to an unsigned long
6487  * Start by making sure zonesize is a multiple of pageblock_order by rounding
6488  * up. Then use 1 NR_PAGEBLOCK_BITS worth of bits per pageblock, finally
6489  * round what is now in bits to nearest long in bits, then return it in
6490  * bytes.
6491  */
6492 static unsigned long __init usemap_size(unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize)
6493 {
6494         unsigned long usemapsize;
6495
6496         zonesize += zone_start_pfn & (pageblock_nr_pages-1);
6497         usemapsize = roundup(zonesize, pageblock_nr_pages);
6498         usemapsize = usemapsize >> pageblock_order;
6499         usemapsize *= NR_PAGEBLOCK_BITS;
6500         usemapsize = roundup(usemapsize, 8 * sizeof(unsigned long));
6501
6502         return usemapsize / 8;
6503 }
6504
6505 static void __ref setup_usemap(struct pglist_data *pgdat,
6506                                 struct zone *zone,
6507                                 unsigned long zone_start_pfn,
6508                                 unsigned long zonesize)
6509 {
6510         unsigned long usemapsize = usemap_size(zone_start_pfn, zonesize);
6511         zone->pageblock_flags = NULL;
6512         if (usemapsize) {
6513                 zone->pageblock_flags =
6514                         memblock_alloc_node(usemapsize, SMP_CACHE_BYTES,
6515                                             pgdat->node_id);
6516                 if (!zone->pageblock_flags)
6517                         panic("Failed to allocate %ld bytes for zone %s pageblock flags on node %d\n",
6518                               usemapsize, zone->name, pgdat->node_id);
6519         }
6520 }
6521 #else
6522 static inline void setup_usemap(struct pglist_data *pgdat, struct zone *zone,
6523                                 unsigned long zone_start_pfn, unsigned long zonesize) {}
6524 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
6525
6526 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
6527
6528 /* Initialise the number of pages represented by NR_PAGEBLOCK_BITS */
6529 void __init set_pageblock_order(void)
6530 {
6531         unsigned int order;
6532
6533         /* Check that pageblock_nr_pages has not already been setup */
6534         if (pageblock_order)
6535                 return;
6536
6537         if (HPAGE_SHIFT > PAGE_SHIFT)
6538                 order = HUGETLB_PAGE_ORDER;
6539         else
6540                 order = MAX_ORDER - 1;
6541
6542         /*
6543          * Assume the largest contiguous order of interest is a huge page.
6544          * This value may be variable depending on boot parameters on IA64 and
6545          * powerpc.
6546          */
6547         pageblock_order = order;
6548 }
6549 #else /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6550
6551 /*
6552  * When CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE is not set, set_pageblock_order()
6553  * is unused as pageblock_order is set at compile-time. See
6554  * include/linux/pageblock-flags.h for the values of pageblock_order based on
6555  * the kernel config
6556  */
6557 void __init set_pageblock_order(void)
6558 {
6559 }
6560
6561 #endif /* CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE */
6562
6563 static unsigned long __init calc_memmap_size(unsigned long spanned_pages,
6564                                                 unsigned long present_pages)
6565 {
6566         unsigned long pages = spanned_pages;
6567
6568         /*
6569          * Provide a more accurate estimation if there are holes within
6570          * the zone and SPARSEMEM is in use. If there are holes within the
6571          * zone, each populated memory region may cost us one or two extra
6572          * memmap pages due to alignment because memmap pages for each
6573          * populated regions may not be naturally aligned on page boundary.
6574          * So the (present_pages >> 4) heuristic is a tradeoff for that.
6575          */
6576         if (spanned_pages > present_pages + (present_pages >> 4) &&
6577             IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM))
6578                 pages = present_pages;
6579
6580         return PAGE_ALIGN(pages * sizeof(struct page)) >> PAGE_SHIFT;
6581 }
6582
6583 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
6584 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat)
6585 {
6586         spin_lock_init(&pgdat->split_queue_lock);
6587         INIT_LIST_HEAD(&pgdat->split_queue);
6588         pgdat->split_queue_len = 0;
6589 }
6590 #else
6591 static void pgdat_init_split_queue(struct pglist_data *pgdat) {}
6592 #endif
6593
6594 #ifdef CONFIG_COMPACTION
6595 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat)
6596 {
6597         init_waitqueue_head(&pgdat->kcompactd_wait);
6598 }
6599 #else
6600 static void pgdat_init_kcompactd(struct pglist_data *pgdat) {}
6601 #endif
6602
6603 static void __meminit pgdat_init_internals(struct pglist_data *pgdat)
6604 {
6605         pgdat_resize_init(pgdat);
6606
6607         pgdat_init_split_queue(pgdat);
6608         pgdat_init_kcompactd(pgdat);
6609
6610         init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
6611         init_waitqueue_head(&pgdat->pfmemalloc_wait);
6612
6613         pgdat_page_ext_init(pgdat);
6614         spin_lock_init(&pgdat->lru_lock);
6615         lruvec_init(node_lruvec(pgdat));
6616 }
6617
6618 static void __meminit zone_init_internals(struct zone *zone, enum zone_type idx, int nid,
6619                                                         unsigned long remaining_pages)
6620 {
6621         atomic_long_set(&zone->managed_pages, remaining_pages);
6622         zone_set_nid(zone, nid);
6623         zone->name = zone_names[idx];
6624         zone->zone_pgdat = NODE_DATA(nid);
6625         spin_lock_init(&zone->lock);
6626         zone_seqlock_init(zone);
6627         zone_pcp_init(zone);
6628 }
6629
6630 /*
6631  * Set up the zone data structures
6632  * - init pgdat internals
6633  * - init all zones belonging to this node
6634  *
6635  * NOTE: this function is only called during memory hotplug
6636  */
6637 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
6638 void __ref free_area_init_core_hotplug(int nid)
6639 {
6640         enum zone_type z;
6641         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6642
6643         pgdat_init_internals(pgdat);
6644         for (z = 0; z < MAX_NR_ZONES; z++)
6645                 zone_init_internals(&pgdat->node_zones[z], z, nid, 0);
6646 }
6647 #endif
6648
6649 /*
6650  * Set up the zone data structures:
6651  *   - mark all pages reserved
6652  *   - mark all memory queues empty
6653  *   - clear the memory bitmaps
6654  *
6655  * NOTE: pgdat should get zeroed by caller.
6656  * NOTE: this function is only called during early init.
6657  */
6658 static void __init free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
6659 {
6660         enum zone_type j;
6661         int nid = pgdat->node_id;
6662
6663         pgdat_init_internals(pgdat);
6664         pgdat->per_cpu_nodestats = &boot_nodestats;
6665
6666         for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6667                 struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
6668                 unsigned long size, freesize, memmap_pages;
6669                 unsigned long zone_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
6670
6671                 size = zone->spanned_pages;
6672                 freesize = zone->present_pages;
6673
6674                 /*
6675                  * Adjust freesize so that it accounts for how much memory
6676                  * is used by this zone for memmap. This affects the watermark
6677                  * and per-cpu initialisations
6678                  */
6679                 memmap_pages = calc_memmap_size(size, freesize);
6680                 if (!is_highmem_idx(j)) {
6681                         if (freesize >= memmap_pages) {
6682                                 freesize -= memmap_pages;
6683                                 if (memmap_pages)
6684                                         printk(KERN_DEBUG
6685                                                "  %s zone: %lu pages used for memmap\n",
6686                                                zone_names[j], memmap_pages);
6687                         } else
6688                                 pr_warn("  %s zone: %lu pages exceeds freesize %lu\n",
6689                                         zone_names[j], memmap_pages, freesize);
6690                 }
6691
6692                 /* Account for reserved pages */
6693                 if (j == 0 && freesize > dma_reserve) {
6694                         freesize -= dma_reserve;
6695                         printk(KERN_DEBUG "  %s zone: %lu pages reserved\n",
6696                                         zone_names[0], dma_reserve);
6697                 }
6698
6699                 if (!is_highmem_idx(j))
6700                         nr_kernel_pages += freesize;
6701                 /* Charge for highmem memmap if there are enough kernel pages */
6702                 else if (nr_kernel_pages > memmap_pages * 2)
6703                         nr_kernel_pages -= memmap_pages;
6704                 nr_all_pages += freesize;
6705
6706                 /*
6707                  * Set an approximate value for lowmem here, it will be adjusted
6708                  * when the bootmem allocator frees pages into the buddy system.
6709                  * And all highmem pages will be managed by the buddy system.
6710                  */
6711                 zone_init_internals(zone, j, nid, freesize);
6712
6713                 if (!size)
6714                         continue;
6715
6716                 set_pageblock_order();
6717                 setup_usemap(pgdat, zone, zone_start_pfn, size);
6718                 init_currently_empty_zone(zone, zone_start_pfn, size);
6719                 memmap_init(size, nid, j, zone_start_pfn);
6720         }
6721 }
6722
6723 #ifdef CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP
6724 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat)
6725 {
6726         unsigned long __maybe_unused start = 0;
6727         unsigned long __maybe_unused offset = 0;
6728
6729         /* Skip empty nodes */
6730         if (!pgdat->node_spanned_pages)
6731                 return;
6732
6733         start = pgdat->node_start_pfn & ~(MAX_ORDER_NR_PAGES - 1);
6734         offset = pgdat->node_start_pfn - start;
6735         /* ia64 gets its own node_mem_map, before this, without bootmem */
6736         if (!pgdat->node_mem_map) {
6737                 unsigned long size, end;
6738                 struct page *map;
6739
6740                 /*
6741                  * The zone's endpoints aren't required to be MAX_ORDER
6742                  * aligned but the node_mem_map endpoints must be in order
6743                  * for the buddy allocator to function correctly.
6744                  */
6745                 end = pgdat_end_pfn(pgdat);
6746                 end = ALIGN(end, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6747                 size =  (end - start) * sizeof(struct page);
6748                 map = memblock_alloc_node(size, SMP_CACHE_BYTES,
6749                                           pgdat->node_id);
6750                 if (!map)
6751                         panic("Failed to allocate %ld bytes for node %d memory map\n",
6752                               size, pgdat->node_id);
6753                 pgdat->node_mem_map = map + offset;
6754         }
6755         pr_debug("%s: node %d, pgdat %08lx, node_mem_map %08lx\n",
6756                                 __func__, pgdat->node_id, (unsigned long)pgdat,
6757                                 (unsigned long)pgdat->node_mem_map);
6758 #ifndef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
6759         /*
6760          * With no DISCONTIG, the global mem_map is just set as node 0's
6761          */
6762         if (pgdat == NODE_DATA(0)) {
6763                 mem_map = NODE_DATA(0)->node_mem_map;
6764 #if defined(CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP) || defined(CONFIG_FLATMEM)
6765                 if (page_to_pfn(mem_map) != pgdat->node_start_pfn)
6766                         mem_map -= offset;
6767 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
6768         }
6769 #endif
6770 }
6771 #else
6772 static void __ref alloc_node_mem_map(struct pglist_data *pgdat) { }
6773 #endif /* CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6774
6775 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
6776 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat)
6777 {
6778         pgdat->first_deferred_pfn = ULONG_MAX;
6779 }
6780 #else
6781 static inline void pgdat_set_deferred_range(pg_data_t *pgdat) {}
6782 #endif
6783
6784 void __init free_area_init_node(int nid, unsigned long *zones_size,
6785                                    unsigned long node_start_pfn,
6786                                    unsigned long *zholes_size)
6787 {
6788         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
6789         unsigned long start_pfn = 0;
6790         unsigned long end_pfn = 0;
6791
6792         /* pg_data_t should be reset to zero when it's allocated */
6793         WARN_ON(pgdat->nr_zones || pgdat->kswapd_classzone_idx);
6794
6795         pgdat->node_id = nid;
6796         pgdat->node_start_pfn = node_start_pfn;
6797         pgdat->per_cpu_nodestats = NULL;
6798 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6799         get_pfn_range_for_nid(nid, &start_pfn, &end_pfn);
6800         pr_info("Initmem setup node %d [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
6801                 (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
6802                 end_pfn ? ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1 : 0);
6803 #else
6804         start_pfn = node_start_pfn;
6805 #endif
6806         calculate_node_totalpages(pgdat, start_pfn, end_pfn,
6807                                   zones_size, zholes_size);
6808
6809         alloc_node_mem_map(pgdat);
6810         pgdat_set_deferred_range(pgdat);
6811
6812         free_area_init_core(pgdat);
6813 }
6814
6815 #if !defined(CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP)
6816 /*
6817  * Zero all valid struct pages in range [spfn, epfn), return number of struct
6818  * pages zeroed
6819  */
6820 static u64 zero_pfn_range(unsigned long spfn, unsigned long epfn)
6821 {
6822         unsigned long pfn;
6823         u64 pgcnt = 0;
6824
6825         for (pfn = spfn; pfn < epfn; pfn++) {
6826                 if (!pfn_valid(ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages))) {
6827                         pfn = ALIGN_DOWN(pfn, pageblock_nr_pages)
6828                                 + pageblock_nr_pages - 1;
6829                         continue;
6830                 }
6831                 mm_zero_struct_page(pfn_to_page(pfn));
6832                 pgcnt++;
6833         }
6834
6835         return pgcnt;
6836 }
6837
6838 /*
6839  * Only struct pages that are backed by physical memory are zeroed and
6840  * initialized by going through __init_single_page(). But, there are some
6841  * struct pages which are reserved in memblock allocator and their fields
6842  * may be accessed (for example page_to_pfn() on some configuration accesses
6843  * flags). We must explicitly zero those struct pages.
6844  *
6845  * This function also addresses a similar issue where struct pages are left
6846  * uninitialized because the physical address range is not covered by
6847  * memblock.memory or memblock.reserved. That could happen when memblock
6848  * layout is manually configured via memmap=.
6849  */
6850 void __init zero_resv_unavail(void)
6851 {
6852         phys_addr_t start, end;
6853         u64 i, pgcnt;
6854         phys_addr_t next = 0;
6855
6856         /*
6857          * Loop through unavailable ranges not covered by memblock.memory.
6858          */
6859         pgcnt = 0;
6860         for_each_mem_range(i, &memblock.memory, NULL,
6861                         NUMA_NO_NODE, MEMBLOCK_NONE, &start, &end, NULL) {
6862                 if (next < start)
6863                         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), PFN_UP(start));
6864                 next = end;
6865         }
6866         pgcnt += zero_pfn_range(PFN_DOWN(next), max_pfn);
6867
6868         /*
6869          * Struct pages that do not have backing memory. This could be because
6870          * firmware is using some of this memory, or for some other reasons.
6871          */
6872         if (pgcnt)
6873                 pr_info("Zeroed struct page in unavailable ranges: %lld pages", pgcnt);
6874 }
6875 #endif /* !CONFIG_FLAT_NODE_MEM_MAP */
6876
6877 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP
6878
6879 #if MAX_NUMNODES > 1
6880 /*
6881  * Figure out the number of possible node ids.
6882  */
6883 void __init setup_nr_node_ids(void)
6884 {
6885         unsigned int highest;
6886
6887         highest = find_last_bit(node_possible_map.bits, MAX_NUMNODES);
6888         nr_node_ids = highest + 1;
6889 }
6890 #endif
6891
6892 /**
6893  * node_map_pfn_alignment - determine the maximum internode alignment
6894  *
6895  * This function should be called after node map is populated and sorted.
6896  * It calculates the maximum power of two alignment which can distinguish
6897  * all the nodes.
6898  *
6899  * For example, if all nodes are 1GiB and aligned to 1GiB, the return value
6900  * would indicate 1GiB alignment with (1 << (30 - PAGE_SHIFT)).  If the
6901  * nodes are shifted by 256MiB, 256MiB.  Note that if only the last node is
6902  * shifted, 1GiB is enough and this function will indicate so.
6903  *
6904  * This is used to test whether pfn -> nid mapping of the chosen memory
6905  * model has fine enough granularity to avoid incorrect mapping for the
6906  * populated node map.
6907  *
6908  * Return: the determined alignment in pfn's.  0 if there is no alignment
6909  * requirement (single node).
6910  */
6911 unsigned long __init node_map_pfn_alignment(void)
6912 {
6913         unsigned long accl_mask = 0, last_end = 0;
6914         unsigned long start, end, mask;
6915         int last_nid = NUMA_NO_NODE;
6916         int i, nid;
6917
6918         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start, &end, &nid) {
6919                 if (!start || last_nid < 0 || last_nid == nid) {
6920                         last_nid = nid;
6921                         last_end = end;
6922                         continue;
6923                 }
6924
6925                 /*
6926                  * Start with a mask granular enough to pin-point to the
6927                  * start pfn and tick off bits one-by-one until it becomes
6928                  * too coarse to separate the current node from the last.
6929                  */
6930                 mask = ~((1 << __ffs(start)) - 1);
6931                 while (mask && last_end <= (start & (mask << 1)))
6932                         mask <<= 1;
6933
6934                 /* accumulate all internode masks */
6935                 accl_mask |= mask;
6936         }
6937
6938         /* convert mask to number of pages */
6939         return ~accl_mask + 1;
6940 }
6941
6942 /* Find the lowest pfn for a node */
6943 static unsigned long __init find_min_pfn_for_node(int nid)
6944 {
6945         unsigned long min_pfn = ULONG_MAX;
6946         unsigned long start_pfn;
6947         int i;
6948
6949         for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, NULL, NULL)
6950                 min_pfn = min(min_pfn, start_pfn);
6951
6952         if (min_pfn == ULONG_MAX) {
6953                 pr_warn("Could not find start_pfn for node %d\n", nid);
6954                 return 0;
6955         }
6956
6957         return min_pfn;
6958 }
6959
6960 /**
6961  * find_min_pfn_with_active_regions - Find the minimum PFN registered
6962  *
6963  * Return: the minimum PFN based on information provided via
6964  * memblock_set_node().
6965  */
6966 unsigned long __init find_min_pfn_with_active_regions(void)
6967 {
6968         return find_min_pfn_for_node(MAX_NUMNODES);
6969 }
6970
6971 /*
6972  * early_calculate_totalpages()
6973  * Sum pages in active regions for movable zone.
6974  * Populate N_MEMORY for calculating usable_nodes.
6975  */
6976 static unsigned long __init early_calculate_totalpages(void)
6977 {
6978         unsigned long totalpages = 0;
6979         unsigned long start_pfn, end_pfn;
6980         int i, nid;
6981
6982         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid) {
6983                 unsigned long pages = end_pfn - start_pfn;
6984
6985                 totalpages += pages;
6986                 if (pages)
6987                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
6988         }
6989         return totalpages;
6990 }
6991
6992 /*
6993  * Find the PFN the Movable zone begins in each node. Kernel memory
6994  * is spread evenly between nodes as long as the nodes have enough
6995  * memory. When they don't, some nodes will have more kernelcore than
6996  * others
6997  */
6998 static void __init find_zone_movable_pfns_for_nodes(void)
6999 {
7000         int i, nid;
7001         unsigned long usable_startpfn;
7002         unsigned long kernelcore_node, kernelcore_remaining;
7003         /* save the state before borrow the nodemask */
7004         nodemask_t saved_node_state = node_states[N_MEMORY];
7005         unsigned long totalpages = early_calculate_totalpages();
7006         int usable_nodes = nodes_weight(node_states[N_MEMORY]);
7007         struct memblock_region *r;
7008
7009         /* Need to find movable_zone earlier when movable_node is specified. */
7010         find_usable_zone_for_movable();
7011
7012         /*
7013          * If movable_node is specified, ignore kernelcore and movablecore
7014          * options.
7015          */
7016         if (movable_node_is_enabled()) {
7017                 for_each_memblock(memory, r) {
7018                         if (!memblock_is_hotpluggable(r))
7019                                 continue;
7020
7021                         nid = r->nid;
7022
7023                         usable_startpfn = PFN_DOWN(r->base);
7024                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7025                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7026                                 usable_startpfn;
7027                 }
7028
7029                 goto out2;
7030         }
7031
7032         /*
7033          * If kernelcore=mirror is specified, ignore movablecore option
7034          */
7035         if (mirrored_kernelcore) {
7036                 bool mem_below_4gb_not_mirrored = false;
7037
7038                 for_each_memblock(memory, r) {
7039                         if (memblock_is_mirror(r))
7040                                 continue;
7041
7042                         nid = r->nid;
7043
7044                         usable_startpfn = memblock_region_memory_base_pfn(r);
7045
7046                         if (usable_startpfn < 0x100000) {
7047                                 mem_below_4gb_not_mirrored = true;
7048                                 continue;
7049                         }
7050
7051                         zone_movable_pfn[nid] = zone_movable_pfn[nid] ?
7052                                 min(usable_startpfn, zone_movable_pfn[nid]) :
7053                                 usable_startpfn;
7054                 }
7055
7056                 if (mem_below_4gb_not_mirrored)
7057                         pr_warn("This configuration results in unmirrored kernel memory.");
7058
7059                 goto out2;
7060         }
7061
7062         /*
7063          * If kernelcore=nn% or movablecore=nn% was specified, calculate the
7064          * amount of necessary memory.
7065          */
7066         if (required_kernelcore_percent)
7067                 required_kernelcore = (totalpages * 100 * required_kernelcore_percent) /
7068                                        10000UL;
7069         if (required_movablecore_percent)
7070                 required_movablecore = (totalpages * 100 * required_movablecore_percent) /
7071                                         10000UL;
7072
7073         /*
7074          * If movablecore= was specified, calculate what size of
7075          * kernelcore that corresponds so that memory usable for
7076          * any allocation type is evenly spread. If both kernelcore
7077          * and movablecore are specified, then the value of kernelcore
7078          * will be used for required_kernelcore if it's greater than
7079          * what movablecore would have allowed.
7080          */
7081         if (required_movablecore) {
7082                 unsigned long corepages;
7083
7084                 /*
7085                  * Round-up so that ZONE_MOVABLE is at least as large as what
7086                  * was requested by the user
7087                  */
7088                 required_movablecore =
7089                         roundup(required_movablecore, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7090                 required_movablecore = min(totalpages, required_movablecore);
7091                 corepages = totalpages - required_movablecore;
7092
7093                 required_kernelcore = max(required_kernelcore, corepages);
7094         }
7095
7096         /*
7097          * If kernelcore was not specified or kernelcore size is larger
7098          * than totalpages, there is no ZONE_MOVABLE.
7099          */
7100         if (!required_kernelcore || required_kernelcore >= totalpages)
7101                 goto out;
7102
7103         /* usable_startpfn is the lowest possible pfn ZONE_MOVABLE can be at */
7104         usable_startpfn = arch_zone_lowest_possible_pfn[movable_zone];
7105
7106 restart:
7107         /* Spread kernelcore memory as evenly as possible throughout nodes */
7108         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7109         for_each_node_state(nid, N_MEMORY) {
7110                 unsigned long start_pfn, end_pfn;
7111
7112                 /*
7113                  * Recalculate kernelcore_node if the division per node
7114                  * now exceeds what is necessary to satisfy the requested
7115                  * amount of memory for the kernel
7116                  */
7117                 if (required_kernelcore < kernelcore_node)
7118                         kernelcore_node = required_kernelcore / usable_nodes;
7119
7120                 /*
7121                  * As the map is walked, we track how much memory is usable
7122                  * by the kernel using kernelcore_remaining. When it is
7123                  * 0, the rest of the node is usable by ZONE_MOVABLE
7124                  */
7125                 kernelcore_remaining = kernelcore_node;
7126
7127                 /* Go through each range of PFNs within this node */
7128                 for_each_mem_pfn_range(i, nid, &start_pfn, &end_pfn, NULL) {
7129                         unsigned long size_pages;
7130
7131                         start_pfn = max(start_pfn, zone_movable_pfn[nid]);
7132                         if (start_pfn >= end_pfn)
7133                                 continue;
7134
7135                         /* Account for what is only usable for kernelcore */
7136                         if (start_pfn < usable_startpfn) {
7137                                 unsigned long kernel_pages;
7138                                 kernel_pages = min(end_pfn, usable_startpfn)
7139                                                                 - start_pfn;
7140
7141                                 kernelcore_remaining -= min(kernel_pages,
7142                                                         kernelcore_remaining);
7143                                 required_kernelcore -= min(kernel_pages,
7144                                                         required_kernelcore);
7145
7146                                 /* Continue if range is now fully accounted */
7147                                 if (end_pfn <= usable_startpfn) {
7148
7149                                         /*
7150                                          * Push zone_movable_pfn to the end so
7151                                          * that if we have to rebalance
7152                                          * kernelcore across nodes, we will
7153                                          * not double account here
7154                                          */
7155                                         zone_movable_pfn[nid] = end_pfn;
7156                                         continue;
7157                                 }
7158                                 start_pfn = usable_startpfn;
7159                         }
7160
7161                         /*
7162                          * The usable PFN range for ZONE_MOVABLE is from
7163                          * start_pfn->end_pfn. Calculate size_pages as the
7164                          * number of pages used as kernelcore
7165                          */
7166                         size_pages = end_pfn - start_pfn;
7167                         if (size_pages > kernelcore_remaining)
7168                                 size_pages = kernelcore_remaining;
7169                         zone_movable_pfn[nid] = start_pfn + size_pages;
7170
7171                         /*
7172                          * Some kernelcore has been met, update counts and
7173                          * break if the kernelcore for this node has been
7174                          * satisfied
7175                          */
7176                         required_kernelcore -= min(required_kernelcore,
7177                                                                 size_pages);
7178                         kernelcore_remaining -= size_pages;
7179                         if (!kernelcore_remaining)
7180                                 break;
7181                 }
7182         }
7183
7184         /*
7185          * If there is still required_kernelcore, we do another pass with one
7186          * less node in the count. This will push zone_movable_pfn[nid] further
7187          * along on the nodes that still have memory until kernelcore is
7188          * satisfied
7189          */
7190         usable_nodes--;
7191         if (usable_nodes && required_kernelcore > usable_nodes)
7192                 goto restart;
7193
7194 out2:
7195         /* Align start of ZONE_MOVABLE on all nids to MAX_ORDER_NR_PAGES */
7196         for (nid = 0; nid < MAX_NUMNODES; nid++)
7197                 zone_movable_pfn[nid] =
7198                         roundup(zone_movable_pfn[nid], MAX_ORDER_NR_PAGES);
7199
7200 out:
7201         /* restore the node_state */
7202         node_states[N_MEMORY] = saved_node_state;
7203 }
7204
7205 /* Any regular or high memory on that node ? */
7206 static void check_for_memory(pg_data_t *pgdat, int nid)
7207 {
7208         enum zone_type zone_type;
7209
7210         for (zone_type = 0; zone_type <= ZONE_MOVABLE - 1; zone_type++) {
7211                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
7212                 if (populated_zone(zone)) {
7213                         if (IS_ENABLED(CONFIG_HIGHMEM))
7214                                 node_set_state(nid, N_HIGH_MEMORY);
7215                         if (zone_type <= ZONE_NORMAL)
7216                                 node_set_state(nid, N_NORMAL_MEMORY);
7217                         break;
7218                 }
7219         }
7220 }
7221
7222 /**
7223  * free_area_init_nodes - Initialise all pg_data_t and zone data
7224  * @max_zone_pfn: an array of max PFNs for each zone
7225  *
7226  * This will call free_area_init_node() for each active node in the system.
7227  * Using the page ranges provided by memblock_set_node(), the size of each
7228  * zone in each node and their holes is calculated. If the maximum PFN
7229  * between two adjacent zones match, it is assumed that the zone is empty.
7230  * For example, if arch_max_dma_pfn == arch_max_dma32_pfn, it is assumed
7231  * that arch_max_dma32_pfn has no pages. It is also assumed that a zone
7232  * starts where the previous one ended. For example, ZONE_DMA32 starts
7233  * at arch_max_dma_pfn.
7234  */
7235 void __init free_area_init_nodes(unsigned long *max_zone_pfn)
7236 {
7237         unsigned long start_pfn, end_pfn;
7238         int i, nid;
7239
7240         /* Record where the zone boundaries are */
7241         memset(arch_zone_lowest_possible_pfn, 0,
7242                                 sizeof(arch_zone_lowest_possible_pfn));
7243         memset(arch_zone_highest_possible_pfn, 0,
7244                                 sizeof(arch_zone_highest_possible_pfn));
7245
7246         start_pfn = find_min_pfn_with_active_regions();
7247
7248         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7249                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7250                         continue;
7251
7252                 end_pfn = max(max_zone_pfn[i], start_pfn);
7253                 arch_zone_lowest_possible_pfn[i] = start_pfn;
7254                 arch_zone_highest_possible_pfn[i] = end_pfn;
7255
7256                 start_pfn = end_pfn;
7257         }
7258
7259         /* Find the PFNs that ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7260         memset(zone_movable_pfn, 0, sizeof(zone_movable_pfn));
7261         find_zone_movable_pfns_for_nodes();
7262
7263         /* Print out the zone ranges */
7264         pr_info("Zone ranges:\n");
7265         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7266                 if (i == ZONE_MOVABLE)
7267                         continue;
7268                 pr_info("  %-8s ", zone_names[i]);
7269                 if (arch_zone_lowest_possible_pfn[i] ==
7270                                 arch_zone_highest_possible_pfn[i])
7271                         pr_cont("empty\n");
7272                 else
7273                         pr_cont("[mem %#018Lx-%#018Lx]\n",
7274                                 (u64)arch_zone_lowest_possible_pfn[i]
7275                                         << PAGE_SHIFT,
7276                                 ((u64)arch_zone_highest_possible_pfn[i]
7277                                         << PAGE_SHIFT) - 1);
7278         }
7279
7280         /* Print out the PFNs ZONE_MOVABLE begins at in each node */
7281         pr_info("Movable zone start for each node\n");
7282         for (i = 0; i < MAX_NUMNODES; i++) {
7283                 if (zone_movable_pfn[i])
7284                         pr_info("  Node %d: %#018Lx\n", i,
7285                                (u64)zone_movable_pfn[i] << PAGE_SHIFT);
7286         }
7287
7288         /* Print out the early node map */
7289         pr_info("Early memory node ranges\n");
7290         for_each_mem_pfn_range(i, MAX_NUMNODES, &start_pfn, &end_pfn, &nid)
7291                 pr_info("  node %3d: [mem %#018Lx-%#018Lx]\n", nid,
7292                         (u64)start_pfn << PAGE_SHIFT,
7293                         ((u64)end_pfn << PAGE_SHIFT) - 1);
7294
7295         /* Initialise every node */
7296         mminit_verify_pageflags_layout();
7297         setup_nr_node_ids();
7298         zero_resv_unavail();
7299         for_each_online_node(nid) {
7300                 pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
7301                 free_area_init_node(nid, NULL,
7302                                 find_min_pfn_for_node(nid), NULL);
7303
7304                 /* Any memory on that node */
7305                 if (pgdat->node_present_pages)
7306                         node_set_state(nid, N_MEMORY);
7307                 check_for_memory(pgdat, nid);
7308         }
7309 }
7310
7311 static int __init cmdline_parse_core(char *p, unsigned long *core,
7312                                      unsigned long *percent)
7313 {
7314         unsigned long long coremem;
7315         char *endptr;
7316
7317         if (!p)
7318                 return -EINVAL;
7319
7320         /* Value may be a percentage of total memory, otherwise bytes */
7321         coremem = simple_strtoull(p, &endptr, 0);
7322         if (*endptr == '%') {
7323                 /* Paranoid check for percent values greater than 100 */
7324                 WARN_ON(coremem > 100);
7325
7326                 *percent = coremem;
7327         } else {
7328                 coremem = memparse(p, &p);
7329                 /* Paranoid check that UL is enough for the coremem value */
7330                 WARN_ON((coremem >> PAGE_SHIFT) > ULONG_MAX);
7331
7332                 *core = coremem >> PAGE_SHIFT;
7333                 *percent = 0UL;
7334         }
7335         return 0;
7336 }
7337
7338 /*
7339  * kernelcore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7340  * cannot be reclaimed or migrated.
7341  */
7342 static int __init cmdline_parse_kernelcore(char *p)
7343 {
7344         /* parse kernelcore=mirror */
7345         if (parse_option_str(p, "mirror")) {
7346                 mirrored_kernelcore = true;
7347                 return 0;
7348         }
7349
7350         return cmdline_parse_core(p, &required_kernelcore,
7351                                   &required_kernelcore_percent);
7352 }
7353
7354 /*
7355  * movablecore=size sets the amount of memory for use for allocations that
7356  * can be reclaimed or migrated.
7357  */
7358 static int __init cmdline_parse_movablecore(char *p)
7359 {
7360         return cmdline_parse_core(p, &required_movablecore,
7361                                   &required_movablecore_percent);
7362 }
7363
7364 early_param("kernelcore", cmdline_parse_kernelcore);
7365 early_param("movablecore", cmdline_parse_movablecore);
7366
7367 #endif /* CONFIG_HAVE_MEMBLOCK_NODE_MAP */
7368
7369 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
7370 {
7371         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
7372         totalram_pages_add(count);
7373 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
7374         if (PageHighMem(page))
7375                 totalhigh_pages_add(count);
7376 #endif
7377 }
7378 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
7379
7380 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
7381 {
7382         void *pos;
7383         unsigned long pages = 0;
7384
7385         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
7386         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
7387         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
7388                 struct page *page = virt_to_page(pos);
7389                 void *direct_map_addr;
7390
7391                 /*
7392                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
7393                  * because some architectures' virt_to_page()
7394                  * work with aliases.  Getting the direct map
7395                  * address ensures that we get a _writeable_
7396                  * alias for the memset().
7397                  */
7398                 direct_map_addr = page_address(page);
7399                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
7400                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
7401
7402                 free_reserved_page(page);
7403         }
7404
7405         if (pages && s)
7406                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n",
7407                         s, pages << (PAGE_SHIFT - 10));
7408
7409         return pages;
7410 }
7411
7412 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7413 void free_highmem_page(struct page *page)
7414 {
7415         __free_reserved_page(page);
7416         totalram_pages_inc();
7417         atomic_long_inc(&page_zone(page)->managed_pages);
7418         totalhigh_pages_inc();
7419 }
7420 #endif
7421
7422
7423 void __init mem_init_print_info(const char *str)
7424 {
7425         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
7426         unsigned long init_code_size, init_data_size;
7427
7428         physpages = get_num_physpages();
7429         codesize = _etext - _stext;
7430         datasize = _edata - _sdata;
7431         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
7432         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
7433         init_data_size = __init_end - __init_begin;
7434         init_code_size = _einittext - _sinittext;
7435
7436         /*
7437          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
7438          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
7439          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
7440          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
7441          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
7442          */
7443 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
7444         do { \
7445                 if (start <= pos && pos < end && size > adj) \
7446                         size -= adj; \
7447         } while (0)
7448
7449         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
7450                      _sinittext, init_code_size);
7451         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
7452         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
7453         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
7454         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
7455
7456 #undef  adj_init_size
7457
7458         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
7459 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7460                 ", %luK highmem"
7461 #endif
7462                 "%s%s)\n",
7463                 nr_free_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7464                 physpages << (PAGE_SHIFT - 10),
7465                 codesize >> 10, datasize >> 10, rosize >> 10,
7466                 (init_data_size + init_code_size) >> 10, bss_size >> 10,
7467                 (physpages - totalram_pages() - totalcma_pages) << (PAGE_SHIFT - 10),
7468                 totalcma_pages << (PAGE_SHIFT - 10),
7469 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
7470                 totalhigh_pages() << (PAGE_SHIFT - 10),
7471 #endif
7472                 str ? ", " : "", str ? str : "");
7473 }
7474
7475 /**
7476  * set_dma_reserve - set the specified number of pages reserved in the first zone
7477  * @new_dma_reserve: The number of pages to mark reserved
7478  *
7479  * The per-cpu batchsize and zone watermarks are determined by managed_pages.
7480  * In the DMA zone, a significant percentage may be consumed by kernel image
7481  * and other unfreeable allocations which can skew the watermarks badly. This
7482  * function may optionally be used to account for unfreeable pages in the
7483  * first zone (e.g., ZONE_DMA). The effect will be lower watermarks and
7484  * smaller per-cpu batchsize.
7485  */
7486 void __init set_dma_reserve(unsigned long new_dma_reserve)
7487 {
7488         dma_reserve = new_dma_reserve;
7489 }
7490
7491 void __init free_area_init(unsigned long *zones_size)
7492 {
7493         zero_resv_unavail();
7494         free_area_init_node(0, zones_size,
7495                         __pa(PAGE_OFFSET) >> PAGE_SHIFT, NULL);
7496 }
7497
7498 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
7499 {
7500
7501         lru_add_drain_cpu(cpu);
7502         drain_pages(cpu);
7503
7504         /*
7505          * Spill the event counters of the dead processor
7506          * into the current processors event counters.
7507          * This artificially elevates the count of the current
7508          * processor.
7509          */
7510         vm_events_fold_cpu(cpu);
7511
7512         /*
7513          * Zero the differential counters of the dead processor
7514          * so that the vm statistics are consistent.
7515          *
7516          * This is only okay since the processor is dead and cannot
7517          * race with what we are doing.
7518          */
7519         cpu_vm_stats_fold(cpu);
7520         return 0;
7521 }
7522
7523 void __init page_alloc_init(void)
7524 {
7525         int ret;
7526
7527         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC_DEAD,
7528                                         "mm/page_alloc:dead", NULL,
7529                                         page_alloc_cpu_dead);
7530         WARN_ON(ret < 0);
7531 }
7532
7533 /*
7534  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
7535  *      or min_free_kbytes changes.
7536  */
7537 static void calculate_totalreserve_pages(void)
7538 {
7539         struct pglist_data *pgdat;
7540         unsigned long reserve_pages = 0;
7541         enum zone_type i, j;
7542
7543         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7544
7545                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
7546
7547                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
7548                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
7549                         long max = 0;
7550                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7551
7552                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
7553                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7554                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
7555                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
7556                         }
7557
7558                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
7559                         max += high_wmark_pages(zone);
7560
7561                         if (max > managed_pages)
7562                                 max = managed_pages;
7563
7564                         pgdat->totalreserve_pages += max;
7565
7566                         reserve_pages += max;
7567                 }
7568         }
7569         totalreserve_pages = reserve_pages;
7570 }
7571
7572 /*
7573  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
7574  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
7575  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
7576  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
7577  */
7578 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
7579 {
7580         struct pglist_data *pgdat;
7581         enum zone_type j, idx;
7582
7583         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7584                 for (j = 0; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
7585                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + j;
7586                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
7587
7588                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7589
7590                         idx = j;
7591                         while (idx) {
7592                                 struct zone *lower_zone;
7593
7594                                 idx--;
7595                                 lower_zone = pgdat->node_zones + idx;
7596
7597                                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] < 1) {
7598                                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx] = 0;
7599                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] = 0;
7600                                 } else {
7601                                         lower_zone->lowmem_reserve[j] =
7602                                                 managed_pages / sysctl_lowmem_reserve_ratio[idx];
7603                                 }
7604                                 managed_pages += zone_managed_pages(lower_zone);
7605                         }
7606                 }
7607         }
7608
7609         /* update totalreserve_pages */
7610         calculate_totalreserve_pages();
7611 }
7612
7613 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
7614 {
7615         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
7616         unsigned long lowmem_pages = 0;
7617         struct zone *zone;
7618         unsigned long flags;
7619
7620         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
7621         for_each_zone(zone) {
7622                 if (!is_highmem(zone))
7623                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
7624         }
7625
7626         for_each_zone(zone) {
7627                 u64 tmp;
7628
7629                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7630                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
7631                 do_div(tmp, lowmem_pages);
7632                 if (is_highmem(zone)) {
7633                         /*
7634                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
7635                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
7636                          * value here.
7637                          *
7638                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
7639                          * deltas control async page reclaim, and so should
7640                          * not be capped for highmem.
7641                          */
7642                         unsigned long min_pages;
7643
7644                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
7645                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
7646                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
7647                 } else {
7648                         /*
7649                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
7650                          * proportionate to the zone's size.
7651                          */
7652                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
7653                 }
7654
7655                 /*
7656                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
7657                  * scale factor in proportion to available memory, but
7658                  * ensure a minimum size on small systems.
7659                  */
7660                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
7661                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
7662                                       watermark_scale_factor, 10000));
7663
7664                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
7665                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = min_wmark_pages(zone) + tmp * 2;
7666                 zone->watermark_boost = 0;
7667
7668                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7669         }
7670
7671         /* update totalreserve_pages */
7672         calculate_totalreserve_pages();
7673 }
7674
7675 /**
7676  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
7677  * or when memory is hot-{added|removed}
7678  *
7679  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
7680  * correctly with respect to min_free_kbytes.
7681  */
7682 void setup_per_zone_wmarks(void)
7683 {
7684         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
7685
7686         spin_lock(&lock);
7687         __setup_per_zone_wmarks();
7688         spin_unlock(&lock);
7689 }
7690
7691 /*
7692  * Initialise min_free_kbytes.
7693  *
7694  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
7695  * we want it large (64MB max).  But it is not linear, because network
7696  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
7697  *
7698  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
7699  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
7700  *
7701  * which yields
7702  *
7703  * 16MB:        512k
7704  * 32MB:        724k
7705  * 64MB:        1024k
7706  * 128MB:       1448k
7707  * 256MB:       2048k
7708  * 512MB:       2896k
7709  * 1024MB:      4096k
7710  * 2048MB:      5792k
7711  * 4096MB:      8192k
7712  * 8192MB:      11584k
7713  * 16384MB:     16384k
7714  */
7715 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
7716 {
7717         unsigned long lowmem_kbytes;
7718         int new_min_free_kbytes;
7719
7720         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
7721         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
7722
7723         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes) {
7724                 min_free_kbytes = new_min_free_kbytes;
7725                 if (min_free_kbytes < 128)
7726                         min_free_kbytes = 128;
7727                 if (min_free_kbytes > 65536)
7728                         min_free_kbytes = 65536;
7729         } else {
7730                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
7731                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
7732         }
7733         setup_per_zone_wmarks();
7734         refresh_zone_stat_thresholds();
7735         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7736
7737 #ifdef CONFIG_NUMA
7738         setup_min_unmapped_ratio();
7739         setup_min_slab_ratio();
7740 #endif
7741
7742         return 0;
7743 }
7744 core_initcall(init_per_zone_wmark_min)
7745
7746 /*
7747  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
7748  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
7749  *      changes.
7750  */
7751 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7752         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7753 {
7754         int rc;
7755
7756         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7757         if (rc)
7758                 return rc;
7759
7760         if (write) {
7761                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
7762                 setup_per_zone_wmarks();
7763         }
7764         return 0;
7765 }
7766
7767 int watermark_boost_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7768         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7769 {
7770         int rc;
7771
7772         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7773         if (rc)
7774                 return rc;
7775
7776         return 0;
7777 }
7778
7779 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7780         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7781 {
7782         int rc;
7783
7784         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7785         if (rc)
7786                 return rc;
7787
7788         if (write)
7789                 setup_per_zone_wmarks();
7790
7791         return 0;
7792 }
7793
7794 #ifdef CONFIG_NUMA
7795 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
7796 {
7797         pg_data_t *pgdat;
7798         struct zone *zone;
7799
7800         for_each_online_pgdat(pgdat)
7801                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
7802
7803         for_each_zone(zone)
7804                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7805                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
7806 }
7807
7808
7809 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7810         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7811 {
7812         int rc;
7813
7814         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7815         if (rc)
7816                 return rc;
7817
7818         setup_min_unmapped_ratio();
7819
7820         return 0;
7821 }
7822
7823 static void setup_min_slab_ratio(void)
7824 {
7825         pg_data_t *pgdat;
7826         struct zone *zone;
7827
7828         for_each_online_pgdat(pgdat)
7829                 pgdat->min_slab_pages = 0;
7830
7831         for_each_zone(zone)
7832                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
7833                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
7834 }
7835
7836 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7837         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7838 {
7839         int rc;
7840
7841         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7842         if (rc)
7843                 return rc;
7844
7845         setup_min_slab_ratio();
7846
7847         return 0;
7848 }
7849 #endif
7850
7851 /*
7852  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
7853  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
7854  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
7855  *
7856  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
7857  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
7858  * if in function of the boot time zone sizes.
7859  */
7860 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7861         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7862 {
7863         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7864         setup_per_zone_lowmem_reserve();
7865         return 0;
7866 }
7867
7868 /*
7869  * percpu_pagelist_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
7870  * cpu.  It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
7871  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
7872  */
7873 int percpu_pagelist_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
7874         void __user *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
7875 {
7876         struct zone *zone;
7877         int old_percpu_pagelist_fraction;
7878         int ret;
7879
7880         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7881         old_percpu_pagelist_fraction = percpu_pagelist_fraction;
7882
7883         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
7884         if (!write || ret < 0)
7885                 goto out;
7886
7887         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
7888         if (percpu_pagelist_fraction &&
7889             percpu_pagelist_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_FRACTION) {
7890                 percpu_pagelist_fraction = old_percpu_pagelist_fraction;
7891                 ret = -EINVAL;
7892                 goto out;
7893         }
7894
7895         /* No change? */
7896         if (percpu_pagelist_fraction == old_percpu_pagelist_fraction)
7897                 goto out;
7898
7899         for_each_populated_zone(zone) {
7900                 unsigned int cpu;
7901
7902                 for_each_possible_cpu(cpu)
7903                         pageset_set_high_and_batch(zone,
7904                                         per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
7905         }
7906 out:
7907         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7908         return ret;
7909 }
7910
7911 #ifdef CONFIG_NUMA
7912 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
7913
7914 static int __init set_hashdist(char *str)
7915 {
7916         if (!str)
7917                 return 0;
7918         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
7919         return 1;
7920 }
7921 __setup("hashdist=", set_hashdist);
7922 #endif
7923
7924 #ifndef __HAVE_ARCH_RESERVED_KERNEL_PAGES
7925 /*
7926  * Returns the number of pages that arch has reserved but
7927  * is not known to alloc_large_system_hash().
7928  */
7929 static unsigned long __init arch_reserved_kernel_pages(void)
7930 {
7931         return 0;
7932 }
7933 #endif
7934
7935 /*
7936  * Adaptive scale is meant to reduce sizes of hash tables on large memory
7937  * machines. As memory size is increased the scale is also increased but at
7938  * slower pace.  Starting from ADAPT_SCALE_BASE (64G), every time memory
7939  * quadruples the scale is increased by one, which means the size of hash table
7940  * only doubles, instead of quadrupling as well.
7941  * Because 32-bit systems cannot have large physical memory, where this scaling
7942  * makes sense, it is disabled on such platforms.
7943  */
7944 #if __BITS_PER_LONG > 32
7945 #define ADAPT_SCALE_BASE        (64ul << 30)
7946 #define ADAPT_SCALE_SHIFT       2
7947 #define ADAPT_SCALE_NPAGES      (ADAPT_SCALE_BASE >> PAGE_SHIFT)
7948 #endif
7949
7950 /*
7951  * allocate a large system hash table from bootmem
7952  * - it is assumed that the hash table must contain an exact power-of-2
7953  *   quantity of entries
7954  * - limit is the number of hash buckets, not the total allocation size
7955  */
7956 void *__init alloc_large_system_hash(const char *tablename,
7957                                      unsigned long bucketsize,
7958                                      unsigned long numentries,
7959                                      int scale,
7960                                      int flags,
7961                                      unsigned int *_hash_shift,
7962                                      unsigned int *_hash_mask,
7963                                      unsigned long low_limit,
7964                                      unsigned long high_limit)
7965 {
7966         unsigned long long max = high_limit;
7967         unsigned long log2qty, size;
7968         void *table = NULL;
7969         gfp_t gfp_flags;
7970
7971         /* allow the kernel cmdline to have a say */
7972         if (!numentries) {
7973                 /* round applicable memory size up to nearest megabyte */
7974                 numentries = nr_kernel_pages;
7975                 numentries -= arch_reserved_kernel_pages();
7976
7977                 /* It isn't necessary when PAGE_SIZE >= 1MB */
7978                 if (PAGE_SHIFT < 20)
7979                         numentries = round_up(numentries, (1<<20)/PAGE_SIZE);
7980
7981 #if __BITS_PER_LONG > 32
7982                 if (!high_limit) {
7983                         unsigned long adapt;
7984
7985                         for (adapt = ADAPT_SCALE_NPAGES; adapt < numentries;
7986                              adapt <<= ADAPT_SCALE_SHIFT)
7987                                 scale++;
7988                 }
7989 #endif
7990
7991                 /* limit to 1 bucket per 2^scale bytes of low memory */
7992                 if (scale > PAGE_SHIFT)
7993                         numentries >>= (scale - PAGE_SHIFT);
7994                 else
7995                         numentries <<= (PAGE_SHIFT - scale);
7996
7997                 /* Make sure we've got at least a 0-order allocation.. */
7998                 if (unlikely(flags & HASH_SMALL)) {
7999                         /* Makes no sense without HASH_EARLY */
8000                         WARN_ON(!(flags & HASH_EARLY));
8001                         if (!(numentries >> *_hash_shift)) {
8002                                 numentries = 1UL << *_hash_shift;
8003                                 BUG_ON(!numentries);
8004                         }
8005                 } else if (unlikely((numentries * bucketsize) < PAGE_SIZE))
8006                         numentries = PAGE_SIZE / bucketsize;
8007         }
8008         numentries = roundup_pow_of_two(numentries);
8009
8010         /* limit allocation size to 1/16 total memory by default */
8011         if (max == 0) {
8012                 max = ((unsigned long long)nr_all_pages << PAGE_SHIFT) >> 4;
8013                 do_div(max, bucketsize);
8014         }
8015         max = min(max, 0x80000000ULL);
8016
8017         if (numentries < low_limit)
8018                 numentries = low_limit;
8019         if (numentries > max)
8020                 numentries = max;
8021
8022         log2qty = ilog2(numentries);
8023
8024         gfp_flags = (flags & HASH_ZERO) ? GFP_ATOMIC | __GFP_ZERO : GFP_ATOMIC;
8025         do {
8026                 size = bucketsize << log2qty;
8027                 if (flags & HASH_EARLY) {
8028                         if (flags & HASH_ZERO)
8029                                 table = memblock_alloc(size, SMP_CACHE_BYTES);
8030                         else
8031                                 table = memblock_alloc_raw(size,
8032                                                            SMP_CACHE_BYTES);
8033                 } else if (hashdist) {
8034                         table = __vmalloc(size, gfp_flags, PAGE_KERNEL);
8035                 } else {
8036                         /*
8037                          * If bucketsize is not a power-of-two, we may free
8038                          * some pages at the end of hash table which
8039                          * alloc_pages_exact() automatically does
8040                          */
8041                         if (get_order(size) < MAX_ORDER) {
8042                                 table = alloc_pages_exact(size, gfp_flags);
8043                                 kmemleak_alloc(table, size, 1, gfp_flags);
8044                         }
8045                 }
8046         } while (!table && size > PAGE_SIZE && --log2qty);
8047
8048         if (!table)
8049                 panic("Failed to allocate %s hash table\n", tablename);
8050
8051         pr_info("%s hash table entries: %ld (order: %d, %lu bytes)\n",
8052                 tablename, 1UL << log2qty, ilog2(size) - PAGE_SHIFT, size);
8053
8054         if (_hash_shift)
8055                 *_hash_shift = log2qty;
8056         if (_hash_mask)
8057                 *_hash_mask = (1 << log2qty) - 1;
8058
8059         return table;
8060 }
8061
8062 /*
8063  * This function checks whether pageblock includes unmovable pages or not.
8064  * If @count is not zero, it is okay to include less @count unmovable pages
8065  *
8066  * PageLRU check without isolation or lru_lock could race so that
8067  * MIGRATE_MOVABLE block might include unmovable pages. And __PageMovable
8068  * check without lock_page also may miss some movable non-lru pages at
8069  * race condition. So you can't expect this function should be exact.
8070  */
8071 bool has_unmovable_pages(struct zone *zone, struct page *page, int count,
8072                          int migratetype, int flags)
8073 {
8074         unsigned long found;
8075         unsigned long iter = 0;
8076         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8077         const char *reason = "unmovable page";
8078
8079         /*
8080          * TODO we could make this much more efficient by not checking every
8081          * page in the range if we know all of them are in MOVABLE_ZONE and
8082          * that the movable zone guarantees that pages are migratable but
8083          * the later is not the case right now unfortunatelly. E.g. movablecore
8084          * can still lead to having bootmem allocations in zone_movable.
8085          */
8086
8087         if (is_migrate_cma_page(page)) {
8088                 /*
8089                  * CMA allocations (alloc_contig_range) really need to mark
8090                  * isolate CMA pageblocks even when they are not movable in fact
8091                  * so consider them movable here.
8092                  */
8093                 if (is_migrate_cma(migratetype))
8094                         return false;
8095
8096                 reason = "CMA page";
8097                 goto unmovable;
8098         }
8099
8100         for (found = 0; iter < pageblock_nr_pages; iter++) {
8101                 unsigned long check = pfn + iter;
8102
8103                 if (!pfn_valid_within(check))
8104                         continue;
8105
8106                 page = pfn_to_page(check);
8107
8108                 if (PageReserved(page))
8109                         goto unmovable;
8110
8111                 /*
8112                  * If the zone is movable and we have ruled out all reserved
8113                  * pages then it should be reasonably safe to assume the rest
8114                  * is movable.
8115                  */
8116                 if (zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE)
8117                         continue;
8118
8119                 /*
8120                  * Hugepages are not in LRU lists, but they're movable.
8121                  * We need not scan over tail pages because we don't
8122                  * handle each tail page individually in migration.
8123                  */
8124                 if (PageHuge(page)) {
8125                         struct page *head = compound_head(page);
8126                         unsigned int skip_pages;
8127
8128                         if (!hugepage_migration_supported(page_hstate(head)))
8129                                 goto unmovable;
8130
8131                         skip_pages = (1 << compound_order(head)) - (page - head);
8132                         iter += skip_pages - 1;
8133                         continue;
8134                 }
8135
8136                 /*
8137                  * We can't use page_count without pin a page
8138                  * because another CPU can free compound page.
8139                  * This check already skips compound tails of THP
8140                  * because their page->_refcount is zero at all time.
8141                  */
8142                 if (!page_ref_count(page)) {
8143                         if (PageBuddy(page))
8144                                 iter += (1 << page_order(page)) - 1;
8145                         continue;
8146                 }
8147
8148                 /*
8149                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8150                  * page_count() is not 0.
8151                  */
8152                 if ((flags & SKIP_HWPOISON) && PageHWPoison(page))
8153                         continue;
8154
8155                 if (__PageMovable(page))
8156                         continue;
8157
8158                 if (!PageLRU(page))
8159                         found++;
8160                 /*
8161                  * If there are RECLAIMABLE pages, we need to check
8162                  * it.  But now, memory offline itself doesn't call
8163                  * shrink_node_slabs() and it still to be fixed.
8164                  */
8165                 /*
8166                  * If the page is not RAM, page_count()should be 0.
8167                  * we don't need more check. This is an _used_ not-movable page.
8168                  *
8169                  * The problematic thing here is PG_reserved pages. PG_reserved
8170                  * is set to both of a memory hole page and a _used_ kernel
8171                  * page at boot.
8172                  */
8173                 if (found > count)
8174                         goto unmovable;
8175         }
8176         return false;
8177 unmovable:
8178         WARN_ON_ONCE(zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE);
8179         if (flags & REPORT_FAILURE)
8180                 dump_page(pfn_to_page(pfn + iter), reason);
8181         return true;
8182 }
8183
8184 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
8185 static unsigned long pfn_max_align_down(unsigned long pfn)
8186 {
8187         return pfn & ~(max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8188                              pageblock_nr_pages) - 1);
8189 }
8190
8191 static unsigned long pfn_max_align_up(unsigned long pfn)
8192 {
8193         return ALIGN(pfn, max_t(unsigned long, MAX_ORDER_NR_PAGES,
8194                                 pageblock_nr_pages));
8195 }
8196
8197 /* [start, end) must belong to a single zone. */
8198 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
8199                                         unsigned long start, unsigned long end)
8200 {
8201         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
8202         unsigned long nr_reclaimed;
8203         unsigned long pfn = start;
8204         unsigned int tries = 0;
8205         int ret = 0;
8206
8207         migrate_prep();
8208
8209         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
8210                 if (fatal_signal_pending(current)) {
8211                         ret = -EINTR;
8212                         break;
8213                 }
8214
8215                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
8216                         cc->nr_migratepages = 0;
8217                         pfn = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
8218                         if (!pfn) {
8219                                 ret = -EINTR;
8220                                 break;
8221                         }
8222                         tries = 0;
8223                 } else if (++tries == 5) {
8224                         ret = ret < 0 ? ret : -EBUSY;
8225                         break;
8226                 }
8227
8228                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
8229                                                         &cc->migratepages);
8230                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
8231
8232                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migrate_target,
8233                                     NULL, 0, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE);
8234         }
8235         if (ret < 0) {
8236                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
8237                 return ret;
8238         }
8239         return 0;
8240 }
8241
8242 /**
8243  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
8244  * @start:      start PFN to allocate
8245  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
8246  * @migratetype:        migratetype of the underlaying pageblocks (either
8247  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
8248  *                      in range must have the same migratetype and it must
8249  *                      be either of the two.
8250  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
8251  *
8252  * The PFN range does not have to be pageblock or MAX_ORDER_NR_PAGES
8253  * aligned.  The PFN range must belong to a single zone.
8254  *
8255  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
8256  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
8257  * be modified by others.
8258  *
8259  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
8260  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
8261  * need to be freed with free_contig_range().
8262  */
8263 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
8264                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
8265 {
8266         unsigned long outer_start, outer_end;
8267         unsigned int order;
8268         int ret = 0;
8269
8270         struct compact_control cc = {
8271                 .nr_migratepages = 0,
8272                 .order = -1,
8273                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
8274                 .mode = MIGRATE_SYNC,
8275                 .ignore_skip_hint = true,
8276                 .no_set_skip_hint = true,
8277                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
8278         };
8279         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
8280
8281         /*
8282          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
8283          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
8284          * have different sizes, and due to the way page allocator
8285          * work, we align the range to biggest of the two pages so
8286          * that page allocator won't try to merge buddies from
8287          * different pageblocks and change MIGRATE_ISOLATE to some
8288          * other migration type.
8289          *
8290          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
8291          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
8292          * we are interested in).  This will put all the pages in
8293          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
8294          *
8295          * When this is done, we take the pages in range from page
8296          * allocator removing them from the buddy system.  This way
8297          * page allocator will never consider using them.
8298          *
8299          * This lets us mark the pageblocks back as
8300          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
8301          * aligned range but not in the unaligned, original range are
8302          * put back to page allocator so that buddy can use them.
8303          */
8304
8305         ret = start_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8306                                        pfn_max_align_up(end), migratetype, 0);
8307         if (ret < 0)
8308                 return ret;
8309
8310         /*
8311          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
8312          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
8313          * which will report the busy page.
8314          *
8315          * It is possible that busy pages could become available before
8316          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
8317          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
8318          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
8319          */
8320         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
8321         if (ret && ret != -EBUSY)
8322                 goto done;
8323         ret =0;
8324
8325         /*
8326          * Pages from [start, end) are within a MAX_ORDER_NR_PAGES
8327          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
8328          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
8329          * What we are going to do is to allocate all pages from
8330          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
8331          *
8332          * The only problem is that pages at the beginning and at the
8333          * end of interesting range may be not aligned with pages that
8334          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
8335          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
8336          * once this is done free the pages we are not interested in.
8337          *
8338          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
8339          * isolated thus they won't get removed from buddy.
8340          */
8341
8342         lru_add_drain_all();
8343
8344         order = 0;
8345         outer_start = start;
8346         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
8347                 if (++order >= MAX_ORDER) {
8348                         outer_start = start;
8349                         break;
8350                 }
8351                 outer_start &= ~0UL << order;
8352         }
8353
8354         if (outer_start != start) {
8355                 order = page_order(pfn_to_page(outer_start));
8356
8357                 /*
8358                  * outer_start page could be small order buddy page and
8359                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
8360                  * in this case to report failed page properly
8361                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
8362                  */
8363                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
8364                         outer_start = start;
8365         }
8366
8367         /* Make sure the range is really isolated. */
8368         if (test_pages_isolated(outer_start, end, false)) {
8369                 pr_info_ratelimited("%s: [%lx, %lx) PFNs busy\n",
8370                         __func__, outer_start, end);
8371                 ret = -EBUSY;
8372                 goto done;
8373         }
8374
8375         /* Grab isolated pages from freelists. */
8376         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
8377         if (!outer_end) {
8378                 ret = -EBUSY;
8379                 goto done;
8380         }
8381
8382         /* Free head and tail (if any) */
8383         if (start != outer_start)
8384                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
8385         if (end != outer_end)
8386                 free_contig_range(end, outer_end - end);
8387
8388 done:
8389         undo_isolate_page_range(pfn_max_align_down(start),
8390                                 pfn_max_align_up(end), migratetype);
8391         return ret;
8392 }
8393 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
8394
8395 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned int nr_pages)
8396 {
8397         unsigned int count = 0;
8398
8399         for (; nr_pages--; pfn++) {
8400                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
8401
8402                 count += page_count(page) != 1;
8403                 __free_page(page);
8404         }
8405         WARN(count != 0, "%d pages are still in use!\n", count);
8406 }
8407
8408 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
8409 /*
8410  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
8411  * page high values need to be recalulated.
8412  */
8413 void __meminit zone_pcp_update(struct zone *zone)
8414 {
8415         unsigned cpu;
8416         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
8417         for_each_possible_cpu(cpu)
8418                 pageset_set_high_and_batch(zone,
8419                                 per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu));
8420         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
8421 }
8422 #endif
8423
8424 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
8425 {
8426         unsigned long flags;
8427         int cpu;
8428         struct per_cpu_pageset *pset;
8429
8430         /* avoid races with drain_pages()  */
8431         local_irq_save(flags);
8432         if (zone->pageset != &boot_pageset) {
8433                 for_each_online_cpu(cpu) {
8434                         pset = per_cpu_ptr(zone->pageset, cpu);
8435                         drain_zonestat(zone, pset);
8436                 }
8437                 free_percpu(zone->pageset);
8438                 zone->pageset = &boot_pageset;
8439         }
8440         local_irq_restore(flags);
8441 }
8442
8443 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
8444 /*
8445  * All pages in the range must be in a single zone and isolated
8446  * before calling this.
8447  */
8448 unsigned long
8449 __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
8450 {
8451         struct page *page;
8452         struct zone *zone;
8453         unsigned int order, i;
8454         unsigned long pfn;
8455         unsigned long flags;
8456         unsigned long offlined_pages = 0;
8457
8458         /* find the first valid pfn */
8459         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn; pfn++)
8460                 if (pfn_valid(pfn))
8461                         break;
8462         if (pfn == end_pfn)
8463                 return offlined_pages;
8464
8465         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
8466         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
8467         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8468         pfn = start_pfn;
8469         while (pfn < end_pfn) {
8470                 if (!pfn_valid(pfn)) {
8471                         pfn++;
8472                         continue;
8473                 }
8474                 page = pfn_to_page(pfn);
8475                 /*
8476                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
8477                  * page_count() is not 0.
8478                  */
8479                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
8480                         pfn++;
8481                         SetPageReserved(page);
8482                         offlined_pages++;
8483                         continue;
8484                 }
8485
8486                 BUG_ON(page_count(page));
8487                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
8488                 order = page_order(page);
8489                 offlined_pages += 1 << order;
8490 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
8491                 pr_info("remove from free list %lx %d %lx\n",
8492                         pfn, 1 << order, end_pfn);
8493 #endif
8494                 del_page_from_free_area(page, &zone->free_area[order]);
8495                 for (i = 0; i < (1 << order); i++)
8496                         SetPageReserved((page+i));
8497                 pfn += (1 << order);
8498         }
8499         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8500
8501         return offlined_pages;
8502 }
8503 #endif
8504
8505 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
8506 {
8507         struct zone *zone = page_zone(page);
8508         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8509         unsigned long flags;
8510         unsigned int order;
8511
8512         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8513         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8514                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8515
8516                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order)
8517                         break;
8518         }
8519         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8520
8521         return order < MAX_ORDER;
8522 }
8523
8524 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
8525 /*
8526  * Set PG_hwpoison flag if a given page is confirmed to be a free page.  This
8527  * test is performed under the zone lock to prevent a race against page
8528  * allocation.
8529  */
8530 bool set_hwpoison_free_buddy_page(struct page *page)
8531 {
8532         struct zone *zone = page_zone(page);
8533         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
8534         unsigned long flags;
8535         unsigned int order;
8536         bool hwpoisoned = false;
8537
8538         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
8539         for (order = 0; order < MAX_ORDER; order++) {
8540                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
8541
8542                 if (PageBuddy(page_head) && page_order(page_head) >= order) {
8543                         if (!TestSetPageHWPoison(page))
8544                                 hwpoisoned = true;
8545                         break;
8546                 }
8547         }
8548         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
8549
8550         return hwpoisoned;
8551 }
8552 #endif