Linux 6.9-rc1
[linux-2.6-microblaze.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/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/pagevec.h>
36 #include <linux/memory_hotplug.h>
37 #include <linux/nodemask.h>
38 #include <linux/vmstat.h>
39 #include <linux/fault-inject.h>
40 #include <linux/compaction.h>
41 #include <trace/events/kmem.h>
42 #include <trace/events/oom.h>
43 #include <linux/prefetch.h>
44 #include <linux/mm_inline.h>
45 #include <linux/mmu_notifier.h>
46 #include <linux/migrate.h>
47 #include <linux/sched/mm.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/page_table_check.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/ftrace.h>
52 #include <linux/lockdep.h>
53 #include <linux/psi.h>
54 #include <linux/khugepaged.h>
55 #include <linux/delayacct.h>
56 #include <linux/cacheinfo.h>
57 #include <asm/div64.h>
58 #include "internal.h"
59 #include "shuffle.h"
60 #include "page_reporting.h"
61
62 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
63 typedef int __bitwise fpi_t;
64
65 /* No special request */
66 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
67
68 /*
69  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
70  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
71  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
72  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
73  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
74  * putting it back unmodified.
75  */
76 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
77
78 /*
79  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
80  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
81  * shuffle the whole zone).
82  *
83  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
84  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
85  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
86  *       reporting).
87  */
88 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
89
90 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
91 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
92 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
93
94 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
95 /*
96  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
97  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
98  */
99 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
100 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
101 #else
102
103 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
104 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
105 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
106 #endif
107
108 /*
109  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
110  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
111  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
112  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
113  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
114  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
115  */
116 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
117 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
118 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
119 #else
120 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
121 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
122 #endif
123
124 /*
125  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
126  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
127  */
128 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
129 ({                                                                      \
130         type *_ret;                                                     \
131         pcpu_task_pin();                                                \
132         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
133         spin_lock(&_ret->member);                                       \
134         _ret;                                                           \
135 })
136
137 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
138 ({                                                                      \
139         type *_ret;                                                     \
140         pcpu_task_pin();                                                \
141         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
142         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
143                 pcpu_task_unpin();                                      \
144                 _ret = NULL;                                            \
145         }                                                               \
146         _ret;                                                           \
147 })
148
149 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
150 ({                                                                      \
151         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
152         pcpu_task_unpin();                                              \
153 })
154
155 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
156 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
157         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
158
159 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
160         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
161
162 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
163         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
164
165 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
166 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
167 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
168 #endif
169
170 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
171
172 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
173 /*
174  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
175  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
176  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
177  * defined in <linux/topology.h>.
178  */
179 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
180 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
181 #endif
182
183 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
184
185 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
186 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
187 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
188 #endif
189
190 /*
191  * Array of node states.
192  */
193 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
194         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
195         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
196 #ifndef CONFIG_NUMA
197         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
198 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
199         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
200 #endif
201         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
202         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
203 #endif  /* NUMA */
204 };
205 EXPORT_SYMBOL(node_states);
206
207 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
208
209 /*
210  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
211  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
212  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
213  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
214  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
215  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
216  */
217 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
218 {
219         return page->index;
220 }
221
222 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
223 {
224         page->index = migratetype;
225 }
226
227 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
228 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
229 #endif
230
231 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
232                             fpi_t fpi_flags);
233
234 /*
235  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
236  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
237  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
238  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
239  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
240  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
241  *
242  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
243  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
244  */
245 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
246 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
247         [ZONE_DMA] = 256,
248 #endif
249 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
250         [ZONE_DMA32] = 256,
251 #endif
252         [ZONE_NORMAL] = 32,
253 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
254         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
255 #endif
256         [ZONE_MOVABLE] = 0,
257 };
258
259 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
260 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
261          "DMA",
262 #endif
263 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
264          "DMA32",
265 #endif
266          "Normal",
267 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
268          "HighMem",
269 #endif
270          "Movable",
271 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
272          "Device",
273 #endif
274 };
275
276 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
277         "Unmovable",
278         "Movable",
279         "Reclaimable",
280         "HighAtomic",
281 #ifdef CONFIG_CMA
282         "CMA",
283 #endif
284 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
285         "Isolate",
286 #endif
287 };
288
289 int min_free_kbytes = 1024;
290 int user_min_free_kbytes = -1;
291 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
292 static int watermark_scale_factor = 10;
293
294 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
295 int movable_zone;
296 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
297
298 #if MAX_NUMNODES > 1
299 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
300 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
301 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
302 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
303 #endif
304
305 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
306 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
307 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
308 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
309 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
310
311 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
312
313 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
314 /*
315  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
316  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
317  * and we can permanently disable that path.
318  */
319 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
320
321 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
322 {
323         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
324 }
325
326 /*
327  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
328  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
329  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
330  * and to ensure that the function body gets unloaded.
331  */
332 static bool __ref
333 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
334 {
335        return deferred_grow_zone(zone, order);
336 }
337 #else
338 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
339 {
340         return false;
341 }
342 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
343
344 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
345 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
346                                                         unsigned long pfn)
347 {
348 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
349         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
350 #else
351         return page_zone(page)->pageblock_flags;
352 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
353 }
354
355 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
356 {
357 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
358         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
359 #else
360         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
361 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
362         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
363 }
364
365 /**
366  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
367  * @page: The page within the block of interest
368  * @pfn: The target page frame number
369  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
370  *
371  * Return: pageblock_bits flags
372  */
373 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
374                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
375 {
376         unsigned long *bitmap;
377         unsigned long bitidx, word_bitidx;
378         unsigned long word;
379
380         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
381         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
382         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
383         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
384         /*
385          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
386          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
387          * racy, are not corrupted.
388          */
389         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
390         return (word >> bitidx) & mask;
391 }
392
393 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
394                                         unsigned long pfn)
395 {
396         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
397 }
398
399 /**
400  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
401  * @page: The page within the block of interest
402  * @flags: The flags to set
403  * @pfn: The target page frame number
404  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
405  */
406 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
407                                         unsigned long pfn,
408                                         unsigned long mask)
409 {
410         unsigned long *bitmap;
411         unsigned long bitidx, word_bitidx;
412         unsigned long word;
413
414         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
415         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
416
417         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
418         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
419         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
420         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
421
422         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
423
424         mask <<= bitidx;
425         flags <<= bitidx;
426
427         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
428         do {
429         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
430 }
431
432 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
433 {
434         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
435                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
436                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
437
438         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
439                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
440 }
441
442 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
443 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
444 {
445         int ret;
446         unsigned seq;
447         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
448         unsigned long sp, start_pfn;
449
450         do {
451                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
452                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
453                 sp = zone->spanned_pages;
454                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
455         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
456
457         if (ret)
458                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
459                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
460                         start_pfn, start_pfn + sp);
461
462         return ret;
463 }
464
465 /*
466  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
467  */
468 static bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
469 {
470         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
471                 return true;
472         if (zone != page_zone(page))
473                 return true;
474
475         return false;
476 }
477 #else
478 static inline bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
479 {
480         return false;
481 }
482 #endif
483
484 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
485 {
486         static unsigned long resume;
487         static unsigned long nr_shown;
488         static unsigned long nr_unshown;
489
490         /*
491          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
492          * or allow a steady drip of one report per second.
493          */
494         if (nr_shown == 60) {
495                 if (time_before(jiffies, resume)) {
496                         nr_unshown++;
497                         goto out;
498                 }
499                 if (nr_unshown) {
500                         pr_alert(
501                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
502                                 nr_unshown);
503                         nr_unshown = 0;
504                 }
505                 nr_shown = 0;
506         }
507         if (nr_shown++ == 0)
508                 resume = jiffies + 60 * HZ;
509
510         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
511                 current->comm, page_to_pfn(page));
512         dump_page(page, reason);
513
514         print_modules();
515         dump_stack();
516 out:
517         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
518         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
519         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
520 }
521
522 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
523 {
524 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
525         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
526                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
527                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
528         }
529 #else
530         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
531 #endif
532
533         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
534 }
535
536 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
537 {
538         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
539
540 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
541         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
542                 order = pageblock_order;
543 #else
544         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
545 #endif
546
547         return order;
548 }
549
550 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
551 {
552         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
553                 return true;
554 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
555         if (order == pageblock_order)
556                 return true;
557 #endif
558         return false;
559 }
560
561 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
562 {
563         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
564                 free_unref_page(page, order);
565         else
566                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
567 }
568
569 /*
570  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
571  *
572  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
573  *
574  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
575  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
576  *
577  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
578  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
579  */
580
581 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
582 {
583         int i;
584         int nr_pages = 1 << order;
585
586         __SetPageHead(page);
587         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
588                 prep_compound_tail(page, i);
589
590         prep_compound_head(page, order);
591 }
592
593 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
594 {
595         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
596                 free_huge_folio(folio);
597                 return;
598         }
599
600         if (folio_test_large_rmappable(folio))
601                 folio_undo_large_rmappable(folio);
602
603         mem_cgroup_uncharge(folio);
604         free_the_page(&folio->page, folio_order(folio));
605 }
606
607 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
608 {
609         set_page_private(page, order);
610         __SetPageBuddy(page);
611 }
612
613 #ifdef CONFIG_COMPACTION
614 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
615 {
616         struct capture_control *capc = current->capture_control;
617
618         return unlikely(capc) &&
619                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
620                 !capc->page &&
621                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
622 }
623
624 static inline bool
625 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
626                    int order, int migratetype)
627 {
628         if (!capc || order != capc->cc->order)
629                 return false;
630
631         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
632         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
633             is_migrate_isolate(migratetype))
634                 return false;
635
636         /*
637          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
638          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
639          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
640          * have trouble finding a high-order free page.
641          */
642         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
643                 return false;
644
645         capc->page = page;
646         return true;
647 }
648
649 #else
650 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
651 {
652         return NULL;
653 }
654
655 static inline bool
656 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
657                    int order, int migratetype)
658 {
659         return false;
660 }
661 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
662
663 /* Used for pages not on another list */
664 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
665                                     unsigned int order, int migratetype)
666 {
667         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
668
669         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
670         area->nr_free++;
671 }
672
673 /* Used for pages not on another list */
674 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
675                                          unsigned int order, int migratetype)
676 {
677         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
678
679         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
680         area->nr_free++;
681 }
682
683 /*
684  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
685  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
686  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
687  */
688 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
689                                      unsigned int order, int migratetype)
690 {
691         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
692
693         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
694 }
695
696 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
697                                            unsigned int order)
698 {
699         /* clear reported state and update reported page count */
700         if (page_reported(page))
701                 __ClearPageReported(page);
702
703         list_del(&page->buddy_list);
704         __ClearPageBuddy(page);
705         set_page_private(page, 0);
706         zone->free_area[order].nr_free--;
707 }
708
709 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
710                                             int migratetype)
711 {
712         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
713                                         struct page, buddy_list);
714 }
715
716 /*
717  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
718  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
719  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
720  * that is happening, add the free page to the tail of the list
721  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
722  * as a higher order page
723  */
724 static inline bool
725 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
726                    struct page *page, unsigned int order)
727 {
728         unsigned long higher_page_pfn;
729         struct page *higher_page;
730
731         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
732                 return false;
733
734         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
735         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
736
737         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
738                         NULL) != NULL;
739 }
740
741 /*
742  * Freeing function for a buddy system allocator.
743  *
744  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
745  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
746  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
747  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
748  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
749  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
750  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
751  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
752  * parts of the VM system.
753  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
754  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
755  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
756  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
757  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
758  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
759  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
760  * triggers coalescing into a block of larger size.
761  *
762  * -- nyc
763  */
764
765 static inline void __free_one_page(struct page *page,
766                 unsigned long pfn,
767                 struct zone *zone, unsigned int order,
768                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
769 {
770         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
771         unsigned long buddy_pfn = 0;
772         unsigned long combined_pfn;
773         struct page *buddy;
774         bool to_tail;
775
776         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
777         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
778
779         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
780         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
781                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
782
783         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
784         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
785
786         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
787                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
788                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
789                                                                 migratetype);
790                         return;
791                 }
792
793                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
794                 if (!buddy)
795                         goto done_merging;
796
797                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
798                         /*
799                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
800                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
801                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
802                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
803                          */
804                         int buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
805
806                         if (migratetype != buddy_mt
807                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
808                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
809                                 goto done_merging;
810                 }
811
812                 /*
813                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
814                  * merge with it and move up one order.
815                  */
816                 if (page_is_guard(buddy))
817                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
818                 else
819                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
820                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
821                 page = page + (combined_pfn - pfn);
822                 pfn = combined_pfn;
823                 order++;
824         }
825
826 done_merging:
827         set_buddy_order(page, order);
828
829         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
830                 to_tail = true;
831         else if (is_shuffle_order(order))
832                 to_tail = shuffle_pick_tail();
833         else
834                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
835
836         if (to_tail)
837                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
838         else
839                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
840
841         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
842         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
843                 page_reporting_notify_free(order);
844 }
845
846 /**
847  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
848  * @free_page:          the original free page
849  * @order:              the order of the page
850  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
851  *
852  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
853  *
854  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
855  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
856  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
857  * nothing.
858  */
859 int split_free_page(struct page *free_page,
860                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
861 {
862         struct zone *zone = page_zone(free_page);
863         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
864         unsigned long pfn;
865         unsigned long flags;
866         int free_page_order;
867         int mt;
868         int ret = 0;
869
870         if (split_pfn_offset == 0)
871                 return ret;
872
873         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
874
875         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
876                 ret = -ENOENT;
877                 goto out;
878         }
879
880         mt = get_pfnblock_migratetype(free_page, free_page_pfn);
881         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
882                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
883
884         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
885         for (pfn = free_page_pfn;
886              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
887                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
888
889                 free_page_order = min_t(unsigned int,
890                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
891                                         __fls(split_pfn_offset));
892                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
893                                 mt, FPI_NONE);
894                 pfn += 1UL << free_page_order;
895                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
896                 /* we have done the first part, now switch to second part */
897                 if (split_pfn_offset == 0)
898                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
899         }
900 out:
901         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
902         return ret;
903 }
904 /*
905  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
906  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
907  * check if necessary.
908  */
909 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
910                                         unsigned long check_flags)
911 {
912         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
913                 return false;
914
915         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
916                         page_ref_count(page) |
917 #ifdef CONFIG_MEMCG
918                         page->memcg_data |
919 #endif
920 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
921                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
922 #endif
923                         (page->flags & check_flags)))
924                 return false;
925
926         return true;
927 }
928
929 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
930 {
931         const char *bad_reason = NULL;
932
933         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
934                 bad_reason = "nonzero mapcount";
935         if (unlikely(page->mapping != NULL))
936                 bad_reason = "non-NULL mapping";
937         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
938                 bad_reason = "nonzero _refcount";
939         if (unlikely(page->flags & flags)) {
940                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
941                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
942                 else
943                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
944         }
945 #ifdef CONFIG_MEMCG
946         if (unlikely(page->memcg_data))
947                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
948 #endif
949 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
950         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
951                 bad_reason = "page_pool leak";
952 #endif
953         return bad_reason;
954 }
955
956 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
957 {
958         bad_page(page,
959                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
960 }
961
962 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
963 {
964         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
965                 return false;
966
967         /* Something has gone sideways, find it */
968         free_page_is_bad_report(page);
969         return true;
970 }
971
972 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
973 {
974         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
975 }
976
977 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
978 {
979         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
980         int ret = 1;
981
982         /*
983          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
984          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
985          */
986         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
987
988         if (!is_check_pages_enabled()) {
989                 ret = 0;
990                 goto out;
991         }
992         switch (page - head_page) {
993         case 1:
994                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
995                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
996                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
997                         goto out;
998                 }
999                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1000                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1001                         goto out;
1002                 }
1003                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1004                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1005                         goto out;
1006                 }
1007                 break;
1008         case 2:
1009                 /*
1010                  * the second tail page: ->mapping is
1011                  * deferred_list.next -- ignore value.
1012                  */
1013                 break;
1014         default:
1015                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1016                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1017                         goto out;
1018                 }
1019                 break;
1020         }
1021         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1022                 bad_page(page, "PageTail not set");
1023                 goto out;
1024         }
1025         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1026                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1027                 goto out;
1028         }
1029         ret = 0;
1030 out:
1031         page->mapping = NULL;
1032         clear_compound_head(page);
1033         return ret;
1034 }
1035
1036 /*
1037  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1038  *
1039  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1040  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1041  *    using page tags instead (see below).
1042  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1043  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1044  *
1045  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1046  *
1047  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1048  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1049  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1050  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1051  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1052  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1053  *
1054  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1055  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1056  * initialization is done with interrupt disabled.
1057  *
1058  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1059  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1060  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1061  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1062  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1063  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1064  */
1065 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1066 {
1067         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1068                 return deferred_pages_enabled();
1069
1070         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1071 }
1072
1073 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1074 {
1075         int i;
1076
1077         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1078         kasan_disable_current();
1079         for (i = 0; i < numpages; i++)
1080                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1081         kasan_enable_current();
1082 }
1083
1084 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1085                         unsigned int order)
1086 {
1087         int bad = 0;
1088         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1089         bool init = want_init_on_free();
1090         bool compound = PageCompound(page);
1091
1092         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1093
1094         trace_mm_page_free(page, order);
1095         kmsan_free_page(page, order);
1096
1097         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1098                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1099
1100         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1101                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1102                 reset_page_owner(page, order);
1103                 page_table_check_free(page, order);
1104                 return false;
1105         }
1106
1107         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1108
1109         /*
1110          * Check tail pages before head page information is cleared to
1111          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1112          */
1113         if (unlikely(order)) {
1114                 int i;
1115
1116                 if (compound)
1117                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1118                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1119                         if (compound)
1120                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1121                         if (is_check_pages_enabled()) {
1122                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1123                                         bad++;
1124                                         continue;
1125                                 }
1126                         }
1127                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1128                 }
1129         }
1130         if (PageMappingFlags(page))
1131                 page->mapping = NULL;
1132         if (is_check_pages_enabled()) {
1133                 if (free_page_is_bad(page))
1134                         bad++;
1135                 if (bad)
1136                         return false;
1137         }
1138
1139         page_cpupid_reset_last(page);
1140         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1141         reset_page_owner(page, order);
1142         page_table_check_free(page, order);
1143
1144         if (!PageHighMem(page)) {
1145                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1146                                            PAGE_SIZE << order);
1147                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1148                                            PAGE_SIZE << order);
1149         }
1150
1151         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1152
1153         /*
1154          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1155          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1156          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1157          *
1158          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1159          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1160          */
1161         if (!skip_kasan_poison) {
1162                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1163
1164                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1165                 if (kasan_has_integrated_init())
1166                         init = false;
1167         }
1168         if (init)
1169                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1170
1171         /*
1172          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1173          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1174          * happen after this.
1175          */
1176         arch_free_page(page, order);
1177
1178         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1179
1180         return true;
1181 }
1182
1183 /*
1184  * Frees a number of pages from the PCP lists
1185  * Assumes all pages on list are in same zone.
1186  * count is the number of pages to free.
1187  */
1188 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1189                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1190                                         int pindex)
1191 {
1192         unsigned long flags;
1193         unsigned int order;
1194         bool isolated_pageblocks;
1195         struct page *page;
1196
1197         /*
1198          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1199          * below while (list_empty(list)) loop.
1200          */
1201         count = min(pcp->count, count);
1202
1203         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1204         pindex = pindex - 1;
1205
1206         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1207         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1208
1209         while (count > 0) {
1210                 struct list_head *list;
1211                 int nr_pages;
1212
1213                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1214                 do {
1215                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1216                                 pindex = 0;
1217                         list = &pcp->lists[pindex];
1218                 } while (list_empty(list));
1219
1220                 order = pindex_to_order(pindex);
1221                 nr_pages = 1 << order;
1222                 do {
1223                         int mt;
1224
1225                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1226                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1227
1228                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1229                         list_del(&page->pcp_list);
1230                         count -= nr_pages;
1231                         pcp->count -= nr_pages;
1232
1233                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1234                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1235                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1236                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1237                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1238
1239                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1240                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1241                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1242         }
1243
1244         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1245 }
1246
1247 static void free_one_page(struct zone *zone,
1248                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1249                                 unsigned int order,
1250                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1251 {
1252         unsigned long flags;
1253
1254         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1255         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1256                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1257                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1258         }
1259         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1260         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1261 }
1262
1263 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1264                             fpi_t fpi_flags)
1265 {
1266         int migratetype;
1267         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1268         struct zone *zone = page_zone(page);
1269
1270         if (!free_pages_prepare(page, order))
1271                 return;
1272
1273         /*
1274          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1275          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1276          * This will reduce the lock holding time.
1277          */
1278         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1279
1280         free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, fpi_flags);
1281
1282         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1283 }
1284
1285 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1286 {
1287         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1288         struct page *p = page;
1289         unsigned int loop;
1290
1291         /*
1292          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1293          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1294          * refcount of all involved pages to 0.
1295          */
1296         prefetchw(p);
1297         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1298                 prefetchw(p + 1);
1299                 __ClearPageReserved(p);
1300                 set_page_count(p, 0);
1301         }
1302         __ClearPageReserved(p);
1303         set_page_count(p, 0);
1304
1305         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1306
1307         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1308                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1309                         return;
1310
1311                 accept_page(page, order);
1312         }
1313
1314         /*
1315          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1316          * relevant for memory onlining.
1317          */
1318         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1319 }
1320
1321 /*
1322  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1323  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1324  * with the migration of free compaction scanner.
1325  *
1326  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1327  *
1328  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1329  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1330  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1331  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1332  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1333  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1334  * page in a pageblock.
1335  *
1336  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1337  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1338  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1339  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1340  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1341  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1342  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1343  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1344  */
1345 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1346                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1347 {
1348         struct page *start_page;
1349         struct page *end_page;
1350
1351         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1352         end_pfn--;
1353
1354         if (!pfn_valid(end_pfn))
1355                 return NULL;
1356
1357         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1358         if (!start_page)
1359                 return NULL;
1360
1361         if (page_zone(start_page) != zone)
1362                 return NULL;
1363
1364         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1365
1366         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1367         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1368                 return NULL;
1369
1370         return start_page;
1371 }
1372
1373 /*
1374  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1375  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1376  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1377  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1378  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1379  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1380  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1381  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1382  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1383  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1384  *
1385  * -- nyc
1386  */
1387 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1388         int low, int high, int migratetype)
1389 {
1390         unsigned long size = 1 << high;
1391
1392         while (high > low) {
1393                 high--;
1394                 size >>= 1;
1395                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1396
1397                 /*
1398                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1399                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1400                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1401                  * pages will stay not present in virtual address space
1402                  */
1403                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1404                         continue;
1405
1406                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1407                 set_buddy_order(&page[size], high);
1408         }
1409 }
1410
1411 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1412 {
1413         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1414                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1415                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1416                 return;
1417         }
1418
1419         bad_page(page,
1420                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1421 }
1422
1423 /*
1424  * This page is about to be returned from the page allocator
1425  */
1426 static bool check_new_page(struct page *page)
1427 {
1428         if (likely(page_expected_state(page,
1429                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1430                 return false;
1431
1432         check_new_page_bad(page);
1433         return true;
1434 }
1435
1436 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1437 {
1438         if (is_check_pages_enabled()) {
1439                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1440                         struct page *p = page + i;
1441
1442                         if (check_new_page(p))
1443                                 return true;
1444                 }
1445         }
1446
1447         return false;
1448 }
1449
1450 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1451 {
1452         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1453         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1454             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1455                 return false;
1456
1457         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1458         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1459                 return true;
1460
1461         /*
1462          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1463          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1464          */
1465         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1466 }
1467
1468 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1469 {
1470         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1471         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1472                 return false;
1473
1474         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1475         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1476 }
1477
1478 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1479                                 gfp_t gfp_flags)
1480 {
1481         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1482                         !should_skip_init(gfp_flags);
1483         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1484         int i;
1485
1486         set_page_private(page, 0);
1487         set_page_refcounted(page);
1488
1489         arch_alloc_page(page, order);
1490         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1491
1492         /*
1493          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1494          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1495          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1496          */
1497         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1498
1499         /*
1500          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1501          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1502          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1503          */
1504
1505         /*
1506          * If memory tags should be zeroed
1507          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1508          */
1509         if (zero_tags) {
1510                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1511                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1512                         tag_clear_highpage(page + i);
1513
1514                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1515                 init = false;
1516         }
1517         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1518             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1519                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1520                 if (kasan_has_integrated_init())
1521                         init = false;
1522         } else {
1523                 /*
1524                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1525                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1526                  */
1527                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1528                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1529         }
1530         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1531         if (init)
1532                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1533
1534         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1535         page_table_check_alloc(page, order);
1536 }
1537
1538 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1539                                                         unsigned int alloc_flags)
1540 {
1541         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1542
1543         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1544                 prep_compound_page(page, order);
1545
1546         /*
1547          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1548          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1549          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1550          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1551          */
1552         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1553                 set_page_pfmemalloc(page);
1554         else
1555                 clear_page_pfmemalloc(page);
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1560  * the smallest available page from the freelists
1561  */
1562 static __always_inline
1563 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1564                                                 int migratetype)
1565 {
1566         unsigned int current_order;
1567         struct free_area *area;
1568         struct page *page;
1569
1570         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1571         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1572                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1573                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1574                 if (!page)
1575                         continue;
1576                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1577                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1578                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1579                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1580                                 pcp_allowed_order(order) &&
1581                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1582                 return page;
1583         }
1584
1585         return NULL;
1586 }
1587
1588
1589 /*
1590  * This array describes the order lists are fallen back to when
1591  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1592  *
1593  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1594  */
1595 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1596         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1597         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1598         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1599 };
1600
1601 #ifdef CONFIG_CMA
1602 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1603                                         unsigned int order)
1604 {
1605         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1606 }
1607 #else
1608 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1609                                         unsigned int order) { return NULL; }
1610 #endif
1611
1612 /*
1613  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1614  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1615  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1616  */
1617 static int move_freepages(struct zone *zone,
1618                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1619                           int migratetype, int *num_movable)
1620 {
1621         struct page *page;
1622         unsigned long pfn;
1623         unsigned int order;
1624         int pages_moved = 0;
1625
1626         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1627                 page = pfn_to_page(pfn);
1628                 if (!PageBuddy(page)) {
1629                         /*
1630                          * We assume that pages that could be isolated for
1631                          * migration are movable. But we don't actually try
1632                          * isolating, as that would be expensive.
1633                          */
1634                         if (num_movable &&
1635                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1636                                 (*num_movable)++;
1637                         pfn++;
1638                         continue;
1639                 }
1640
1641                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1642                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1643                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1644
1645                 order = buddy_order(page);
1646                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1647                 pfn += 1 << order;
1648                 pages_moved += 1 << order;
1649         }
1650
1651         return pages_moved;
1652 }
1653
1654 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1655                                 int migratetype, int *num_movable)
1656 {
1657         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1658
1659         if (num_movable)
1660                 *num_movable = 0;
1661
1662         pfn = page_to_pfn(page);
1663         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1664         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1665
1666         /* Do not cross zone boundaries */
1667         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1668                 start_pfn = pfn;
1669         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1670                 return 0;
1671
1672         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1673                                                                 num_movable);
1674 }
1675
1676 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1677                                         int start_order, int migratetype)
1678 {
1679         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1680
1681         while (nr_pageblocks--) {
1682                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1683                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1684         }
1685 }
1686
1687 /*
1688  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1689  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1690  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1691  *
1692  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1693  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1694  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1695  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1696  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1697  * pageblocks.
1698  */
1699 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1700 {
1701         /*
1702          * Leaving this order check is intended, although there is
1703          * relaxed order check in next check. The reason is that
1704          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1705          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1706          * so could be changed anytime.
1707          */
1708         if (order >= pageblock_order)
1709                 return true;
1710
1711         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1712                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1713                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1714                 page_group_by_mobility_disabled)
1715                 return true;
1716
1717         return false;
1718 }
1719
1720 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1721 {
1722         unsigned long max_boost;
1723
1724         if (!watermark_boost_factor)
1725                 return false;
1726         /*
1727          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1728          * On small machines, including kdump capture kernels running
1729          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1730          * memory situation immediately.
1731          */
1732         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1733                 return false;
1734
1735         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1736                         watermark_boost_factor, 10000);
1737
1738         /*
1739          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1740          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1741          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1742          * allocations that early means that reclaim is not going
1743          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1744          * boosted watermark resulting in a hang.
1745          */
1746         if (!max_boost)
1747                 return false;
1748
1749         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1750
1751         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1752                 max_boost);
1753
1754         return true;
1755 }
1756
1757 /*
1758  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1759  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1760  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1761  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1762  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1763  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1764  */
1765 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1766                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1767 {
1768         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1769         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1770         int old_block_type;
1771
1772         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1773
1774         /*
1775          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1776          * highatomic accounting.
1777          */
1778         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1779                 goto single_page;
1780
1781         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1782         if (current_order >= pageblock_order) {
1783                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1784                 goto single_page;
1785         }
1786
1787         /*
1788          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1789          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1790          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1791          */
1792         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1793                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1794
1795         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1796         if (!whole_block)
1797                 goto single_page;
1798
1799         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1800                                                 &movable_pages);
1801         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1802         if (!free_pages)
1803                 goto single_page;
1804
1805         /*
1806          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1807          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1808          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1809          */
1810         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1811                 alike_pages = movable_pages;
1812         } else {
1813                 /*
1814                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1815                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1816                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1817                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1818                  * exact migratetype of non-movable pages.
1819                  */
1820                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1821                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1822                                                 - (free_pages + movable_pages);
1823                 else
1824                         alike_pages = 0;
1825         }
1826         /*
1827          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1828          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1829          */
1830         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1831                         page_group_by_mobility_disabled)
1832                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1833
1834         return;
1835
1836 single_page:
1837         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1838 }
1839
1840 /*
1841  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1842  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1843  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1844  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1845  */
1846 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1847                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1848 {
1849         int i;
1850         int fallback_mt;
1851
1852         if (area->nr_free == 0)
1853                 return -1;
1854
1855         *can_steal = false;
1856         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1857                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1858                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1859                         continue;
1860
1861                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1862                         *can_steal = true;
1863
1864                 if (!only_stealable)
1865                         return fallback_mt;
1866
1867                 if (*can_steal)
1868                         return fallback_mt;
1869         }
1870
1871         return -1;
1872 }
1873
1874 /*
1875  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1876  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1877  */
1878 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1879 {
1880         int mt;
1881         unsigned long max_managed, flags;
1882
1883         /*
1884          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1885          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1886          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1887          * Check is race-prone but harmless.
1888          */
1889         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1890                 return;
1891         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1892         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1893                 return;
1894
1895         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1896
1897         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1898         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1899                 goto out_unlock;
1900
1901         /* Yoink! */
1902         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1903         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1904         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1905                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1906                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1907                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1908         }
1909
1910 out_unlock:
1911         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1912 }
1913
1914 /*
1915  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1916  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1917  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1918  * to recover from than an OOM.
1919  *
1920  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1921  * pageblock is exhausted.
1922  */
1923 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1924                                                 bool force)
1925 {
1926         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1927         unsigned long flags;
1928         struct zoneref *z;
1929         struct zone *zone;
1930         struct page *page;
1931         int order;
1932         bool ret;
1933
1934         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1935                                                                 ac->nodemask) {
1936                 /*
1937                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1938                  * is really high.
1939                  */
1940                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1941                                         pageblock_nr_pages)
1942                         continue;
1943
1944                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1945                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
1946                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1947
1948                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1949                         if (!page)
1950                                 continue;
1951
1952                         /*
1953                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1954                          * we can counter several free pages in a pageblock
1955                          * in this loop although we changed the pageblock type
1956                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1957                          * adjust the count once.
1958                          */
1959                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1960                                 /*
1961                                  * It should never happen but changes to
1962                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1963                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1964                                  * while unreserving so be safe and watch for
1965                                  * underflows.
1966                                  */
1967                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1968                                                 pageblock_nr_pages,
1969                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1970                         }
1971
1972                         /*
1973                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1974                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1975                          * is doing the work and needs the pages. More
1976                          * importantly, if the block was always converted to
1977                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1978                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1979                          * may increase.
1980                          */
1981                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1982                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
1983                                                                         NULL);
1984                         if (ret) {
1985                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1986                                 return ret;
1987                         }
1988                 }
1989                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1990         }
1991
1992         return false;
1993 }
1994
1995 /*
1996  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
1997  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
1998  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
1999  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2000  *
2001  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2002  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2003  * condition simpler.
2004  */
2005 static __always_inline bool
2006 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2007                                                 unsigned int alloc_flags)
2008 {
2009         struct free_area *area;
2010         int current_order;
2011         int min_order = order;
2012         struct page *page;
2013         int fallback_mt;
2014         bool can_steal;
2015
2016         /*
2017          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2018          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2019          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2020          */
2021         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2022                 min_order = pageblock_order;
2023
2024         /*
2025          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2026          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2027          * would be too costly to do exactly.
2028          */
2029         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2030                                 --current_order) {
2031                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2032                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2033                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2034                 if (fallback_mt == -1)
2035                         continue;
2036
2037                 /*
2038                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2039                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2040                  * steal and split the smallest available page instead of the
2041                  * largest available page, because even if the next movable
2042                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2043                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2044                  */
2045                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2046                                         && current_order > order)
2047                         goto find_smallest;
2048
2049                 goto do_steal;
2050         }
2051
2052         return false;
2053
2054 find_smallest:
2055         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2056                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2057                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2058                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2059                 if (fallback_mt != -1)
2060                         break;
2061         }
2062
2063         /*
2064          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2065          * when looking for the largest page.
2066          */
2067         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2068
2069 do_steal:
2070         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2071
2072         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2073                                                                 can_steal);
2074
2075         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2076                 start_migratetype, fallback_mt);
2077
2078         return true;
2079
2080 }
2081
2082 /*
2083  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2084  * Call me with the zone->lock already held.
2085  */
2086 static __always_inline struct page *
2087 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2088                                                 unsigned int alloc_flags)
2089 {
2090         struct page *page;
2091
2092         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2093                 /*
2094                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2095                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2096                  * is in the CMA area.
2097                  */
2098                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2099                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2100                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2101                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2102                         if (page)
2103                                 return page;
2104                 }
2105         }
2106 retry:
2107         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2108         if (unlikely(!page)) {
2109                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2110                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2111
2112                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2113                                                                 alloc_flags))
2114                         goto retry;
2115         }
2116         return page;
2117 }
2118
2119 /*
2120  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2121  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2122  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2123  */
2124 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2125                         unsigned long count, struct list_head *list,
2126                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2127 {
2128         unsigned long flags;
2129         int i;
2130
2131         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2132         for (i = 0; i < count; ++i) {
2133                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2134                                                                 alloc_flags);
2135                 if (unlikely(page == NULL))
2136                         break;
2137
2138                 /*
2139                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2140                  * physical page order. The page is added to the tail of
2141                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2142                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2143                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2144                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2145                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2146                  * pages are ordered properly.
2147                  */
2148                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2149                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2150                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2151                                               -(1 << order));
2152         }
2153
2154         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2155         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2156
2157         return i;
2158 }
2159
2160 /*
2161  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2162  * Return whether there are addition works to do.
2163  */
2164 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2165 {
2166         int high_min, to_drain, batch;
2167         int todo = 0;
2168
2169         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2170         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2171         /*
2172          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2173          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2174          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2175          */
2176         if (pcp->high > high_min) {
2177                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2178                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2179                 if (pcp->high > high_min)
2180                         todo++;
2181         }
2182
2183         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2184         if (to_drain > 0) {
2185                 spin_lock(&pcp->lock);
2186                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2187                 spin_unlock(&pcp->lock);
2188                 todo++;
2189         }
2190
2191         return todo;
2192 }
2193
2194 #ifdef CONFIG_NUMA
2195 /*
2196  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2197  * currently executing processor on remote nodes after they have
2198  * expired.
2199  */
2200 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2201 {
2202         int to_drain, batch;
2203
2204         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2205         to_drain = min(pcp->count, batch);
2206         if (to_drain > 0) {
2207                 spin_lock(&pcp->lock);
2208                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2209                 spin_unlock(&pcp->lock);
2210         }
2211 }
2212 #endif
2213
2214 /*
2215  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2216  */
2217 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2218 {
2219         struct per_cpu_pages *pcp;
2220
2221         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2222         if (pcp->count) {
2223                 spin_lock(&pcp->lock);
2224                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2225                 spin_unlock(&pcp->lock);
2226         }
2227 }
2228
2229 /*
2230  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2231  */
2232 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2233 {
2234         struct zone *zone;
2235
2236         for_each_populated_zone(zone) {
2237                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2238         }
2239 }
2240
2241 /*
2242  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2243  */
2244 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2245 {
2246         int cpu = smp_processor_id();
2247
2248         if (zone)
2249                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2250         else
2251                 drain_pages(cpu);
2252 }
2253
2254 /*
2255  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2256  * drain on all cpus.
2257  *
2258  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2259  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2260  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2261  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2262  * optimizing racy check.
2263  */
2264 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2265 {
2266         int cpu;
2267
2268         /*
2269          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2270          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2271          */
2272         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2273
2274         /*
2275          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2276          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2277          * the drain to be complete when the call returns.
2278          */
2279         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2280                 if (!zone)
2281                         return;
2282                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2283         }
2284
2285         /*
2286          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2287          * as offline notification will cause the notified
2288          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2289          * disables preemption as part of its processing
2290          */
2291         for_each_online_cpu(cpu) {
2292                 struct per_cpu_pages *pcp;
2293                 struct zone *z;
2294                 bool has_pcps = false;
2295
2296                 if (force_all_cpus) {
2297                         /*
2298                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2299                          * guarantee that no cpu is missed.
2300                          */
2301                         has_pcps = true;
2302                 } else if (zone) {
2303                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2304                         if (pcp->count)
2305                                 has_pcps = true;
2306                 } else {
2307                         for_each_populated_zone(z) {
2308                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2309                                 if (pcp->count) {
2310                                         has_pcps = true;
2311                                         break;
2312                                 }
2313                         }
2314                 }
2315
2316                 if (has_pcps)
2317                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2318                 else
2319                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2320         }
2321
2322         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2323                 if (zone)
2324                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2325                 else
2326                         drain_pages(cpu);
2327         }
2328
2329         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2330 }
2331
2332 /*
2333  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2334  *
2335  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2336  */
2337 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2338 {
2339         __drain_all_pages(zone, false);
2340 }
2341
2342 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2343                                                         unsigned int order)
2344 {
2345         int migratetype;
2346
2347         if (!free_pages_prepare(page, order))
2348                 return false;
2349
2350         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2351         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2352         return true;
2353 }
2354
2355 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2356 {
2357         int min_nr_free, max_nr_free;
2358
2359         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2360         if (unlikely(free_high))
2361                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2362
2363         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2364         if (unlikely(high < batch))
2365                 return 1;
2366
2367         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2368         min_nr_free = batch;
2369         max_nr_free = high - batch;
2370
2371         /*
2372          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2373          * freed pages to reduce zone lock contention.
2374          */
2375         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2376
2377         return batch;
2378 }
2379
2380 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2381                        int batch, bool free_high)
2382 {
2383         int high, high_min, high_max;
2384
2385         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2386         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2387         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2388
2389         if (unlikely(!high))
2390                 return 0;
2391
2392         if (unlikely(free_high)) {
2393                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2394                                 high_min);
2395                 return 0;
2396         }
2397
2398         /*
2399          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2400          * stored on pcp lists
2401          */
2402         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2403                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2404
2405                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2406                 return min(batch << 2, pcp->high);
2407         }
2408
2409         if (high_min == high_max)
2410                 return high;
2411
2412         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2413                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2414
2415                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2416                 high = max(pcp->count, high_min);
2417         } else if (pcp->count >= high) {
2418                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2419
2420                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2421                 if (pcp->high < need_high)
2422                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2423         }
2424
2425         return high;
2426 }
2427
2428 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2429                                    struct page *page, int migratetype,
2430                                    unsigned int order)
2431 {
2432         int high, batch;
2433         int pindex;
2434         bool free_high = false;
2435
2436         /*
2437          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2438          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2439          * allocations.
2440          */
2441         pcp->alloc_factor >>= 1;
2442         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2443         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2444         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2445         pcp->count += 1 << order;
2446
2447         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2448         /*
2449          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2450          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2451          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2452          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2453          */
2454         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2455                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2456                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2457                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2458                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2459                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2460         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2461                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2462         }
2463         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2464                 pcp->free_count += (1 << order);
2465         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2466         if (pcp->count >= high) {
2467                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2468                                    pcp, pindex);
2469                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2470                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2471                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2472                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2473         }
2474 }
2475
2476 /*
2477  * Free a pcp page
2478  */
2479 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2480 {
2481         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2482         struct per_cpu_pages *pcp;
2483         struct zone *zone;
2484         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2485         int migratetype, pcpmigratetype;
2486
2487         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2488                 return;
2489
2490         /*
2491          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2492          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2493          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2494          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2495          * excessively into the page allocator
2496          */
2497         migratetype = pcpmigratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2498         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2499                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2500                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2501                         return;
2502                 }
2503                 pcpmigratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2504         }
2505
2506         zone = page_zone(page);
2507         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2508         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2509         if (pcp) {
2510                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, pcpmigratetype, order);
2511                 pcp_spin_unlock(pcp);
2512         } else {
2513                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2514         }
2515         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2516 }
2517
2518 /*
2519  * Free a batch of folios
2520  */
2521 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2522 {
2523         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2524         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2525         struct zone *locked_zone = NULL;
2526         int i, j, migratetype;
2527
2528         /* Prepare folios for freeing */
2529         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2530                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2531                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2532                 unsigned int order = folio_order(folio);
2533
2534                 if (order > 0 && folio_test_large_rmappable(folio))
2535                         folio_undo_large_rmappable(folio);
2536                 if (!free_unref_page_prepare(&folio->page, pfn, order))
2537                         continue;
2538
2539                 /*
2540                  * Free isolated folios and orders not handled on the PCP
2541                  * directly to the allocator, see comment in free_unref_page.
2542                  */
2543                 migratetype = get_pcppage_migratetype(&folio->page);
2544                 if (!pcp_allowed_order(order) ||
2545                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2546                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page, pfn,
2547                                         order, migratetype, FPI_NONE);
2548                         continue;
2549                 }
2550                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2551                 if (j != i)
2552                         folios->folios[j] = folio;
2553                 j++;
2554         }
2555         folios->nr = j;
2556
2557         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2558                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2559                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2560                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2561
2562                 folio->private = NULL;
2563                 migratetype = get_pcppage_migratetype(&folio->page);
2564
2565                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2566                 if (zone != locked_zone) {
2567                         if (pcp) {
2568                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2569                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2570                         }
2571
2572                         /*
2573                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2574                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2575                          */
2576                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2577                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2578                         if (unlikely(!pcp)) {
2579                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2580                                 free_one_page(zone, &folio->page,
2581                                                 folio_pfn(folio), order,
2582                                                 migratetype, FPI_NONE);
2583                                 locked_zone = NULL;
2584                                 continue;
2585                         }
2586                         locked_zone = zone;
2587                 }
2588
2589                 /*
2590                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2591                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2592                  */
2593                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2594                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2595
2596                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2597                 free_unref_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2598                                 order);
2599         }
2600
2601         if (pcp) {
2602                 pcp_spin_unlock(pcp);
2603                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2604         }
2605         folio_batch_reinit(folios);
2606 }
2607
2608 /*
2609  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2610  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2611  * Each sub-page must be freed individually.
2612  *
2613  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2614  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2615  */
2616 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2617 {
2618         int i;
2619
2620         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2621         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2622
2623         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2624                 set_page_refcounted(page + i);
2625         split_page_owner(page, order, 0);
2626         split_page_memcg(page, order, 0);
2627 }
2628 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2629
2630 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2631 {
2632         struct zone *zone = page_zone(page);
2633         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2634
2635         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2636                 unsigned long watermark;
2637                 /*
2638                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2639                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2640                  * watermark, because we already know our high-order page
2641                  * exists.
2642                  */
2643                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2644                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2645                         return 0;
2646
2647                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2648         }
2649
2650         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2651
2652         /*
2653          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2654          * pageblock
2655          */
2656         if (order >= pageblock_order - 1) {
2657                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2658                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2659                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2660                         /*
2661                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2662                          * with others)
2663                          */
2664                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2665                                 set_pageblock_migratetype(page,
2666                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2667                 }
2668         }
2669
2670         return 1UL << order;
2671 }
2672
2673 /**
2674  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2675  * @page: Page that was isolated
2676  * @order: Order of the isolated page
2677  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2678  *
2679  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2680  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2681  */
2682 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2683 {
2684         struct zone *zone = page_zone(page);
2685
2686         /* zone lock should be held when this function is called */
2687         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2688
2689         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2690         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2691                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2692 }
2693
2694 /*
2695  * Update NUMA hit/miss statistics
2696  */
2697 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2698                                    long nr_account)
2699 {
2700 #ifdef CONFIG_NUMA
2701         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2702
2703         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2704         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2705                 return;
2706
2707         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2708                 local_stat = NUMA_OTHER;
2709
2710         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2711                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2712         else {
2713                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2714                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2715         }
2716         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2717 #endif
2718 }
2719
2720 static __always_inline
2721 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2722                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2723                            int migratetype)
2724 {
2725         struct page *page;
2726         unsigned long flags;
2727
2728         do {
2729                 page = NULL;
2730                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2731                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2732                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2733                 if (!page) {
2734                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2735
2736                         /*
2737                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2738                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2739                          * failing a high-order atomic allocation in the
2740                          * future.
2741                          */
2742                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2743                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2744
2745                         if (!page) {
2746                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2747                                 return NULL;
2748                         }
2749                 }
2750                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2751                                           get_pcppage_migratetype(page));
2752                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2753         } while (check_new_pages(page, order));
2754
2755         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2756         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2757
2758         return page;
2759 }
2760
2761 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2762 {
2763         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2764         int high_max, high_min;
2765
2766         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2767         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2768         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2769         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2770
2771         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2772         if (unlikely(high < base_batch))
2773                 return 1;
2774
2775         if (order)
2776                 batch = base_batch;
2777         else
2778                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2779
2780         /*
2781          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2782          * zone.
2783          */
2784         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2785                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2786
2787         if (!order) {
2788                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2789                 /*
2790                  * Double the number of pages allocated each time there is
2791                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2792                  */
2793                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2794                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2795                         pcp->alloc_factor++;
2796                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2797         }
2798
2799         /*
2800          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2801          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2802          * for boot pagesets which should never store free pages as
2803          * the pages may belong to arbitrary zones.
2804          */
2805         if (batch > 1)
2806                 batch = max(batch >> order, 2);
2807
2808         return batch;
2809 }
2810
2811 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2812 static inline
2813 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2814                         int migratetype,
2815                         unsigned int alloc_flags,
2816                         struct per_cpu_pages *pcp,
2817                         struct list_head *list)
2818 {
2819         struct page *page;
2820
2821         do {
2822                 if (list_empty(list)) {
2823                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2824                         int alloced;
2825
2826                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2827                                         batch, list,
2828                                         migratetype, alloc_flags);
2829
2830                         pcp->count += alloced << order;
2831                         if (unlikely(list_empty(list)))
2832                                 return NULL;
2833                 }
2834
2835                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2836                 list_del(&page->pcp_list);
2837                 pcp->count -= 1 << order;
2838         } while (check_new_pages(page, order));
2839
2840         return page;
2841 }
2842
2843 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2844 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2845                         struct zone *zone, unsigned int order,
2846                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2847 {
2848         struct per_cpu_pages *pcp;
2849         struct list_head *list;
2850         struct page *page;
2851         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2852
2853         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2854         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2855         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2856         if (!pcp) {
2857                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2858                 return NULL;
2859         }
2860
2861         /*
2862          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2863          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2864          * frees.
2865          */
2866         pcp->free_count >>= 1;
2867         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2868         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2869         pcp_spin_unlock(pcp);
2870         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2871         if (page) {
2872                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2873                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2874         }
2875         return page;
2876 }
2877
2878 /*
2879  * Allocate a page from the given zone.
2880  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2881  */
2882
2883 /*
2884  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2885  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2886  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2887  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2888  */
2889 __no_sanitize_memory
2890 static inline
2891 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2892                         struct zone *zone, unsigned int order,
2893                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2894                         int migratetype)
2895 {
2896         struct page *page;
2897
2898         /*
2899          * We most definitely don't want callers attempting to
2900          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2901          */
2902         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2903
2904         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2905                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2906                                        migratetype, alloc_flags);
2907                 if (likely(page))
2908                         goto out;
2909         }
2910
2911         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2912                                                         migratetype);
2913
2914 out:
2915         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2916         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2917             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2918                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2919                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2920         }
2921
2922         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2923         return page;
2924 }
2925
2926 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2927 {
2928         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2929 }
2930 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2931
2932 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2933                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2934 {
2935         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2936
2937         /*
2938          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2939          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2940          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2941          */
2942         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2943                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2944
2945 #ifdef CONFIG_CMA
2946         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2947         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2948                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2949 #endif
2950 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2951         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2952 #endif
2953
2954         return unusable_free;
2955 }
2956
2957 /*
2958  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2959  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2960  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2961  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2962  */
2963 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2964                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2965                          long free_pages)
2966 {
2967         long min = mark;
2968         int o;
2969
2970         /* free_pages may go negative - that's OK */
2971         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2972
2973         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2974                 /*
2975                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2976                  * as OOM.
2977                  */
2978                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2979                         min -= min / 2;
2980
2981                         /*
2982                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2983                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2984                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2985                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2986                          * access to the min reserve.
2987                          */
2988                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2989                                 min -= min / 4;
2990                 }
2991
2992                 /*
2993                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2994                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2995                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2996                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2997                  */
2998                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2999                         min -= min / 2;
3000         }
3001
3002         /*
3003          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3004          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3005          * even if a suitable page happened to be free.
3006          */
3007         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3008                 return false;
3009
3010         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3011         if (!order)
3012                 return true;
3013
3014         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3015         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3016                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3017                 int mt;
3018
3019                 if (!area->nr_free)
3020                         continue;
3021
3022                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3023                         if (!free_area_empty(area, mt))
3024                                 return true;
3025                 }
3026
3027 #ifdef CONFIG_CMA
3028                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3029                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3030                         return true;
3031                 }
3032 #endif
3033                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3034                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3035                         return true;
3036                 }
3037         }
3038         return false;
3039 }
3040
3041 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3042                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3043 {
3044         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3045                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3046 }
3047
3048 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3049                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3050                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3051 {
3052         long free_pages;
3053
3054         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3055
3056         /*
3057          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3058          * need to be calculated.
3059          */
3060         if (!order) {
3061                 long usable_free;
3062                 long reserved;
3063
3064                 usable_free = free_pages;
3065                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3066
3067                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3068                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3069                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3070                         return true;
3071         }
3072
3073         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3074                                         free_pages))
3075                 return true;
3076
3077         /*
3078          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3079          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3080          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3081          * when below the low watermark.
3082          */
3083         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3084                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3085                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3086                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3087                                         alloc_flags, free_pages);
3088         }
3089
3090         return false;
3091 }
3092
3093 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3094                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3095 {
3096         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3097
3098         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3099                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3100
3101         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3102                                                                 free_pages);
3103 }
3104
3105 #ifdef CONFIG_NUMA
3106 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3107
3108 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3109 {
3110         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3111                                 node_reclaim_distance;
3112 }
3113 #else   /* CONFIG_NUMA */
3114 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3115 {
3116         return true;
3117 }
3118 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3119
3120 /*
3121  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3122  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3123  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3124  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3125  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3126  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3127  */
3128 static inline unsigned int
3129 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3130 {
3131         unsigned int alloc_flags;
3132
3133         /*
3134          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3135          * to save a branch.
3136          */
3137         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3138
3139 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3140         if (!zone)
3141                 return alloc_flags;
3142
3143         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3144                 return alloc_flags;
3145
3146         /*
3147          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3148          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3149          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3150          */
3151         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3152         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3153                 return alloc_flags;
3154
3155         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3156 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3157         return alloc_flags;
3158 }
3159
3160 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3161 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3162                                                   unsigned int alloc_flags)
3163 {
3164 #ifdef CONFIG_CMA
3165         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3166                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3167 #endif
3168         return alloc_flags;
3169 }
3170
3171 /*
3172  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3173  * a page.
3174  */
3175 static struct page *
3176 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3177                                                 const struct alloc_context *ac)
3178 {
3179         struct zoneref *z;
3180         struct zone *zone;
3181         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3182         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3183         bool no_fallback;
3184
3185 retry:
3186         /*
3187          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3188          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3189          */
3190         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3191         z = ac->preferred_zoneref;
3192         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3193                                         ac->nodemask) {
3194                 struct page *page;
3195                 unsigned long mark;
3196
3197                 if (cpusets_enabled() &&
3198                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3199                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3200                                 continue;
3201                 /*
3202                  * When allocating a page cache page for writing, we
3203                  * want to get it from a node that is within its dirty
3204                  * limit, such that no single node holds more than its
3205                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3206                  * The dirty limits take into account the node's
3207                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3208                  * should be able to balance it without having to
3209                  * write pages from its LRU list.
3210                  *
3211                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3212                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3213                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3214                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3215                  * nodes are together not big enough to reach the
3216                  * global limit.  The proper fix for these situations
3217                  * will require awareness of nodes in the
3218                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3219                  */
3220                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3221                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3222                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3223                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3224                         }
3225
3226                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3227                                 continue;
3228                 }
3229
3230                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3231                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3232                         int local_nid;
3233
3234                         /*
3235                          * If moving to a remote node, retry but allow
3236                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3237                          * than fragmentation avoidance.
3238                          */
3239                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3240                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3241                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3242                                 goto retry;
3243                         }
3244                 }
3245
3246                 /*
3247                  * Detect whether the number of free pages is below high
3248                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3249                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3250                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3251                  * avoid to do that in hotter free path.
3252                  */
3253                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3254                         goto check_alloc_wmark;
3255
3256                 mark = high_wmark_pages(zone);
3257                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3258                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3259                                         gfp_mask))
3260                         goto try_this_zone;
3261                 else
3262                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3263
3264 check_alloc_wmark:
3265                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3266                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3267                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3268                                        gfp_mask)) {
3269                         int ret;
3270
3271                         if (has_unaccepted_memory()) {
3272                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3273                                         goto try_this_zone;
3274                         }
3275
3276 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3277                         /*
3278                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3279                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3280                          */
3281                         if (deferred_pages_enabled()) {
3282                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3283                                         goto try_this_zone;
3284                         }
3285 #endif
3286                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3287                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3288                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3289                                 goto try_this_zone;
3290
3291                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3292                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3293                                 continue;
3294
3295                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3296                         switch (ret) {
3297                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3298                                 /* did not scan */
3299                                 continue;
3300                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3301                                 /* scanned but unreclaimable */
3302                                 continue;
3303                         default:
3304                                 /* did we reclaim enough */
3305                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3306                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3307                                         goto try_this_zone;
3308
3309                                 continue;
3310                         }
3311                 }
3312
3313 try_this_zone:
3314                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3315                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3316                 if (page) {
3317                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3318
3319                         /*
3320                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3321                          * if the pageblock should be reserved for the future
3322                          */
3323                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3324                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3325
3326                         return page;
3327                 } else {
3328                         if (has_unaccepted_memory()) {
3329                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3330                                         goto try_this_zone;
3331                         }
3332
3333 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3334                         /* Try again if zone has deferred pages */
3335                         if (deferred_pages_enabled()) {
3336                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3337                                         goto try_this_zone;
3338                         }
3339 #endif
3340                 }
3341         }
3342
3343         /*
3344          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3345          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3346          */
3347         if (no_fallback) {
3348                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3349                 goto retry;
3350         }
3351
3352         return NULL;
3353 }
3354
3355 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3356 {
3357         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3358
3359         /*
3360          * This documents exceptions given to allocations in certain
3361          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3362          * of allowed nodes.
3363          */
3364         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3365                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3366                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3367                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3368         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3369                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3370
3371         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3372 }
3373
3374 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3375 {
3376         struct va_format vaf;
3377         va_list args;
3378         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3379
3380         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3381              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3382              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3383                 return;
3384
3385         va_start(args, fmt);
3386         vaf.fmt = fmt;
3387         vaf.va = &args;
3388         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3389                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3390                         nodemask_pr_args(nodemask));
3391         va_end(args);
3392
3393         cpuset_print_current_mems_allowed();
3394         pr_cont("\n");
3395         dump_stack();
3396         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3397 }
3398
3399 static inline struct page *
3400 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3401                               unsigned int alloc_flags,
3402                               const struct alloc_context *ac)
3403 {
3404         struct page *page;
3405
3406         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3407                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3408         /*
3409          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3410          * are depleted
3411          */
3412         if (!page)
3413                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3414                                 alloc_flags, ac);
3415
3416         return page;
3417 }
3418
3419 static inline struct page *
3420 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3421         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3422 {
3423         struct oom_control oc = {
3424                 .zonelist = ac->zonelist,
3425                 .nodemask = ac->nodemask,
3426                 .memcg = NULL,
3427                 .gfp_mask = gfp_mask,
3428                 .order = order,
3429         };
3430         struct page *page;
3431
3432         *did_some_progress = 0;
3433
3434         /*
3435          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3436          * making progress for us.
3437          */
3438         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3439                 *did_some_progress = 1;
3440                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3441                 return NULL;
3442         }
3443
3444         /*
3445          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3446          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3447          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3448          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3449          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3450          */
3451         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3452                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3453                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3454         if (page)
3455                 goto out;
3456
3457         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3458         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3459                 goto out;
3460         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3461         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3462                 goto out;
3463         /*
3464          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3465          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3466          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3467          * fallback than shooting a random task.
3468          *
3469          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3470          */
3471         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3472                 goto out;
3473         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3474         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3475                 goto out;
3476         if (pm_suspended_storage())
3477                 goto out;
3478         /*
3479          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3480          * other request to make a forward progress.
3481          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3482          * do much for this context but let's try it to at least get
3483          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3484          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3485          * failures more gracefully we should just bail out here.
3486          */
3487
3488         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3489         if (out_of_memory(&oc) ||
3490             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3491                 *did_some_progress = 1;
3492
3493                 /*
3494                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3495                  * reserves
3496                  */
3497                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3498                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3499                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3500         }
3501 out:
3502         mutex_unlock(&oom_lock);
3503         return page;
3504 }
3505
3506 /*
3507  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3508  * killer is consider as the only way to move forward.
3509  */
3510 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3511
3512 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3513 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3514 static struct page *
3515 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3516                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3517                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3518 {
3519         struct page *page = NULL;
3520         unsigned long pflags;
3521         unsigned int noreclaim_flag;
3522
3523         if (!order)
3524                 return NULL;
3525
3526         psi_memstall_enter(&pflags);
3527         delayacct_compact_start();
3528         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3529
3530         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3531                                                                 prio, &page);
3532
3533         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3534         psi_memstall_leave(&pflags);
3535         delayacct_compact_end();
3536
3537         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3538                 return NULL;
3539         /*
3540          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3541          * count a compaction stall
3542          */
3543         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3544
3545         /* Prep a captured page if available */
3546         if (page)
3547                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3548
3549         /* Try get a page from the freelist if available */
3550         if (!page)
3551                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3552
3553         if (page) {
3554                 struct zone *zone = page_zone(page);
3555
3556                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3557                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3558                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3559                 return page;
3560         }
3561
3562         /*
3563          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3564          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3565          */
3566         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3567
3568         cond_resched();
3569
3570         return NULL;
3571 }
3572
3573 static inline bool
3574 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3575                      enum compact_result compact_result,
3576                      enum compact_priority *compact_priority,
3577                      int *compaction_retries)
3578 {
3579         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3580         int min_priority;
3581         bool ret = false;
3582         int retries = *compaction_retries;
3583         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3584
3585         if (!order)
3586                 return false;
3587
3588         if (fatal_signal_pending(current))
3589                 return false;
3590
3591         /*
3592          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3593          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3594          */
3595         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3596                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3597                 goto out;
3598         }
3599
3600         /*
3601          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3602          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3603          */
3604         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3605                 /*
3606                  * !costly requests are much more important than
3607                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3608                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3609                  * costly can fail and users are ready to cope with
3610                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3611                  * need much more detailed feedback from compaction to
3612                  * make a better decision.
3613                  */
3614                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3615                         max_retries /= 4;
3616
3617                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3618                         ret = true;
3619                         goto out;
3620                 }
3621         }
3622
3623         /*
3624          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3625          */
3626         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3627                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3628
3629         if (*compact_priority > min_priority) {
3630                 (*compact_priority)--;
3631                 *compaction_retries = 0;
3632                 ret = true;
3633         }
3634 out:
3635         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3636         return ret;
3637 }
3638 #else
3639 static inline struct page *
3640 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3641                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3642                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3643 {
3644         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3645         return NULL;
3646 }
3647
3648 static inline bool
3649 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3650                      enum compact_result compact_result,
3651                      enum compact_priority *compact_priority,
3652                      int *compaction_retries)
3653 {
3654         struct zone *zone;
3655         struct zoneref *z;
3656
3657         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3658                 return false;
3659
3660         /*
3661          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3662          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3663          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3664          * watermarks are OK.
3665          */
3666         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3667                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3668                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3669                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3670                         return true;
3671         }
3672         return false;
3673 }
3674 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3675
3676 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3677 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3678         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3679
3680 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3681 {
3682         /* no reclaim without waiting on it */
3683         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3684                 return false;
3685
3686         /* this guy won't enter reclaim */
3687         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3688                 return false;
3689
3690         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3691                 return false;
3692
3693         return true;
3694 }
3695
3696 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3697 {
3698         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3699 }
3700
3701 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3702 {
3703         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3704 }
3705
3706 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3707 {
3708         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3709
3710         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3711                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3712                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3713
3714 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3715                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3716                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3717 #endif
3718
3719         }
3720 }
3721 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3722
3723 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3724 {
3725         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3726
3727         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3728                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3729                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3730         }
3731 }
3732 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3733 #endif
3734
3735 /*
3736  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3737  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3738  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3739  * embedded spin_lock.
3740  */
3741 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3742
3743 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3744 {
3745         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3746                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3747
3748         return 0;
3749 }
3750
3751 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3752 {
3753         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3754                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3755
3756         return seq;
3757 }
3758
3759 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3760 static unsigned long
3761 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3762                                         const struct alloc_context *ac)
3763 {
3764         unsigned int noreclaim_flag;
3765         unsigned long progress;
3766
3767         cond_resched();
3768
3769         /* We now go into synchronous reclaim */
3770         cpuset_memory_pressure_bump();
3771         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3772         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3773
3774         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3775                                                                 ac->nodemask);
3776
3777         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3778         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3779
3780         cond_resched();
3781
3782         return progress;
3783 }
3784
3785 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3786 static inline struct page *
3787 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3788                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3789                 unsigned long *did_some_progress)
3790 {
3791         struct page *page = NULL;
3792         unsigned long pflags;
3793         bool drained = false;
3794
3795         psi_memstall_enter(&pflags);
3796         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3797         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3798                 goto out;
3799
3800 retry:
3801         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3802
3803         /*
3804          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3805          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3806          * Shrink them and try again
3807          */
3808         if (!page && !drained) {
3809                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3810                 drain_all_pages(NULL);
3811                 drained = true;
3812                 goto retry;
3813         }
3814 out:
3815         psi_memstall_leave(&pflags);
3816
3817         return page;
3818 }
3819
3820 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3821                              const struct alloc_context *ac)
3822 {
3823         struct zoneref *z;
3824         struct zone *zone;
3825         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3826         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3827
3828         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3829                                         ac->nodemask) {
3830                 if (!managed_zone(zone))
3831                         continue;
3832                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3833                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3834                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3835                 }
3836         }
3837 }
3838
3839 static inline unsigned int
3840 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3841 {
3842         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3843
3844         /*
3845          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3846          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3847          * to save two branches.
3848          */
3849         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3850         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3851
3852         /*
3853          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3854          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3855          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3856          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3857          */
3858         alloc_flags |= (__force int)
3859                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3860
3861         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3862                 /*
3863                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3864                  * if it can't schedule.
3865                  */
3866                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3867                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3868
3869                         if (order > 0)
3870                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3871                 }
3872
3873                 /*
3874                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3875                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3876                  * cpuset_node_allowed().
3877                  */
3878                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3879                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3880         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3881                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3882
3883         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3884
3885         return alloc_flags;
3886 }
3887
3888 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3889 {
3890         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3891                 return false;
3892
3893         /*
3894          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3895          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3896          */
3897         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3898                 return false;
3899
3900         return true;
3901 }
3902
3903 /*
3904  * Distinguish requests which really need access to full memory
3905  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3906  */
3907 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3908 {
3909         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3910                 return 0;
3911         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3912                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3913         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3914                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3915         if (!in_interrupt()) {
3916                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3917                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3918                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3919                         return ALLOC_OOM;
3920         }
3921
3922         return 0;
3923 }
3924
3925 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3926 {
3927         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3928 }
3929
3930 /*
3931  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3932  * for the given allocation request.
3933  *
3934  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3935  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3936  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3937  *
3938  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3939  */
3940 static inline bool
3941 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3942                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3943                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3944 {
3945         struct zone *zone;
3946         struct zoneref *z;
3947         bool ret = false;
3948
3949         /*
3950          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3951          * their order will become available due to high fragmentation so
3952          * always increment the no progress counter for them
3953          */
3954         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3955                 *no_progress_loops = 0;
3956         else
3957                 (*no_progress_loops)++;
3958
3959         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3960                 goto out;
3961
3962
3963         /*
3964          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3965          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3966          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3967          * screwed and have to go OOM.
3968          */
3969         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3970                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3971                 unsigned long available;
3972                 unsigned long reclaimable;
3973                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3974                 bool wmark;
3975
3976                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3977                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3978
3979                 /*
3980                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3981                  * reclaimable pages?
3982                  */
3983                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3984                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3985                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3986                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3987                 if (wmark) {
3988                         ret = true;
3989                         break;
3990                 }
3991         }
3992
3993         /*
3994          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
3995          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
3996          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
3997          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
3998          * here rather than calling cond_resched().
3999          */
4000         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4001                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4002         else
4003                 cond_resched();
4004 out:
4005         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4006         if (!ret)
4007                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4008
4009         return ret;
4010 }
4011
4012 static inline bool
4013 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4014 {
4015         /*
4016          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4017          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4018          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4019          * such a way the check therein was true, and then it became false
4020          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4021          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4022          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4023          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4024          * caller can deal with a violated nodemask.
4025          */
4026         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4027                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4028                 ac->nodemask = NULL;
4029                 return true;
4030         }
4031
4032         /*
4033          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4034          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4035          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4036          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4037          * retry.
4038          */
4039         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4040                 return true;
4041
4042         return false;
4043 }
4044
4045 static inline struct page *
4046 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4047                                                 struct alloc_context *ac)
4048 {
4049         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4050         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4051         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4052         struct page *page = NULL;
4053         unsigned int alloc_flags;
4054         unsigned long did_some_progress;
4055         enum compact_priority compact_priority;
4056         enum compact_result compact_result;
4057         int compaction_retries;
4058         int no_progress_loops;
4059         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4060         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4061         int reserve_flags;
4062
4063 restart:
4064         compaction_retries = 0;
4065         no_progress_loops = 0;
4066         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4067         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4068         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4069
4070         /*
4071          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4072          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4073          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4074          */
4075         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4076
4077         /*
4078          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4079          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4080          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4081          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4082          */
4083         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4084                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4085         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4086                 goto nopage;
4087
4088         /*
4089          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4090          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4091          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4092          */
4093         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4094                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4095                                         ac->highest_zoneidx,
4096                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4097                 if (!z->zone)
4098                         goto nopage;
4099         }
4100
4101         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4102                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4103
4104         /*
4105          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4106          * that first
4107          */
4108         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4109         if (page)
4110                 goto got_pg;
4111
4112         /*
4113          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4114          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4115          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4116          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4117          * same migratetype.
4118          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4119          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4120          */
4121         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4122                         (costly_order ||
4123                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4124                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4125                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4126                                                 alloc_flags, ac,
4127                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4128                                                 &compact_result);
4129                 if (page)
4130                         goto got_pg;
4131
4132                 /*
4133                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4134                  * includes some THP page fault allocations
4135                  */
4136                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4137                         /*
4138                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4139                          * failed because all zones are below low watermarks
4140                          * or is prohibited because it recently failed at this
4141                          * order, fail immediately unless the allocator has
4142                          * requested compaction and reclaim retry.
4143                          *
4144                          * Reclaim is
4145                          *  - potentially very expensive because zones are far
4146                          *    below their low watermarks or this is part of very
4147                          *    bursty high order allocations,
4148                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4149                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4150                          *    linear scan, and
4151                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4152                          *    own.
4153                          */
4154                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4155                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4156                                 goto nopage;
4157
4158                         /*
4159                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4160                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4161                          * using async compaction.
4162                          */
4163                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4164                 }
4165         }
4166
4167 retry:
4168         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4169         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4170                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4171
4172         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4173         if (reserve_flags)
4174                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4175                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4176
4177         /*
4178          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4179          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4180          * user oriented.
4181          */
4182         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4183                 ac->nodemask = NULL;
4184                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4185                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4186         }
4187
4188         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4189         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4190         if (page)
4191                 goto got_pg;
4192
4193         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4194         if (!can_direct_reclaim)
4195                 goto nopage;
4196
4197         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4198         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4199                 goto nopage;
4200
4201         /* Try direct reclaim and then allocating */
4202         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4203                                                         &did_some_progress);
4204         if (page)
4205                 goto got_pg;
4206
4207         /* Try direct compaction and then allocating */
4208         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4209                                         compact_priority, &compact_result);
4210         if (page)
4211                 goto got_pg;
4212
4213         /* Do not loop if specifically requested */
4214         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4215                 goto nopage;
4216
4217         /*
4218          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4219          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4220          */
4221         if (costly_order && (!can_compact ||
4222                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4223                 goto nopage;
4224
4225         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4226                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4227                 goto retry;
4228
4229         /*
4230          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4231          * reclaim is not able to make any progress because the current
4232          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4233          * of free memory (see __compaction_suitable)
4234          */
4235         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4236                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4237                                 compact_result, &compact_priority,
4238                                 &compaction_retries))
4239                 goto retry;
4240
4241
4242         /*
4243          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4244          * a unnecessary OOM kill.
4245          */
4246         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4247             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4248                 goto restart;
4249
4250         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4251         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4252         if (page)
4253                 goto got_pg;
4254
4255         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4256         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4257             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4258              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4259                 goto nopage;
4260
4261         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4262         if (did_some_progress) {
4263                 no_progress_loops = 0;
4264                 goto retry;
4265         }
4266
4267 nopage:
4268         /*
4269          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4270          * a unnecessary OOM kill.
4271          */
4272         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4273             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4274                 goto restart;
4275
4276         /*
4277          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4278          * we always retry
4279          */
4280         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4281                 /*
4282                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4283                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4284                  */
4285                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4286                         goto fail;
4287
4288                 /*
4289                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4290                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4291                  * for somebody to do a work for us
4292                  */
4293                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4294
4295                 /*
4296                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4297                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4298                  * so that we can identify them and convert them to something
4299                  * else.
4300                  */
4301                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4302
4303                 /*
4304                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4305                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4306                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4307                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4308                  * the situation worse.
4309                  */
4310                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4311                 if (page)
4312                         goto got_pg;
4313
4314                 cond_resched();
4315                 goto retry;
4316         }
4317 fail:
4318         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4319                         "page allocation failure: order:%u", order);
4320 got_pg:
4321         return page;
4322 }
4323
4324 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4325                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4326                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4327                 unsigned int *alloc_flags)
4328 {
4329         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4330         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4331         ac->nodemask = nodemask;
4332         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4333
4334         if (cpusets_enabled()) {
4335                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4336                 /*
4337                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4338                  * to the current task context. It means that any node ok.
4339                  */
4340                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4341                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4342                 else
4343                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4344         }
4345
4346         might_alloc(gfp_mask);
4347
4348         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4349                 return false;
4350
4351         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4352
4353         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4354         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4355
4356         /*
4357          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4358          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4359          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4360          */
4361         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4362                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4363
4364         return true;
4365 }
4366
4367 /*
4368  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4369  * @gfp: GFP flags for the allocation
4370  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4371  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4372  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4373  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4374  * @page_array: Optional array to store the pages
4375  *
4376  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4377  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4378  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4379  *
4380  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4381  *
4382  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4383  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4384  *
4385  * Returns the number of pages on the list or array.
4386  */
4387 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4388                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4389                         struct list_head *page_list,
4390                         struct page **page_array)
4391 {
4392         struct page *page;
4393         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4394         struct zone *zone;
4395         struct zoneref *z;
4396         struct per_cpu_pages *pcp;
4397         struct list_head *pcp_list;
4398         struct alloc_context ac;
4399         gfp_t alloc_gfp;
4400         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4401         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4402
4403         /*
4404          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4405          * to be allocated before disabling IRQs.
4406          */
4407         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4408                 nr_populated++;
4409
4410         /* No pages requested? */
4411         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4412                 goto out;
4413
4414         /* Already populated array? */
4415         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4416                 goto out;
4417
4418         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4419         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4420                 goto failed;
4421
4422         /* Use the single page allocator for one page. */
4423         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4424                 goto failed;
4425
4426 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4427         /*
4428          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4429          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4430          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4431          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4432          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4433          */
4434         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4435                 goto failed;
4436 #endif
4437
4438         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4439         gfp &= gfp_allowed_mask;
4440         alloc_gfp = gfp;
4441         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4442                 goto out;
4443         gfp = alloc_gfp;
4444
4445         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4446         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4447                 unsigned long mark;
4448
4449                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4450                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4451                         continue;
4452                 }
4453
4454                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4455                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4456                         goto failed;
4457                 }
4458
4459                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4460                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4461                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4462                                 alloc_flags, gfp)) {
4463                         break;
4464                 }
4465         }
4466
4467         /*
4468          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4469          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4470          */
4471         if (unlikely(!zone))
4472                 goto failed;
4473
4474         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4475         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4476         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4477         if (!pcp)
4478                 goto failed_irq;
4479
4480         /* Attempt the batch allocation */
4481         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4482         while (nr_populated < nr_pages) {
4483
4484                 /* Skip existing pages */
4485                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4486                         nr_populated++;
4487                         continue;
4488                 }
4489
4490                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4491                                                                 pcp, pcp_list);
4492                 if (unlikely(!page)) {
4493                         /* Try and allocate at least one page */
4494                         if (!nr_account) {
4495                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4496                                 goto failed_irq;
4497                         }
4498                         break;
4499                 }
4500                 nr_account++;
4501
4502                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4503                 if (page_list)
4504                         list_add(&page->lru, page_list);
4505                 else
4506                         page_array[nr_populated] = page;
4507                 nr_populated++;
4508         }
4509
4510         pcp_spin_unlock(pcp);
4511         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4512
4513         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4514         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4515
4516 out:
4517         return nr_populated;
4518
4519 failed_irq:
4520         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4521
4522 failed:
4523         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4524         if (page) {
4525                 if (page_list)
4526                         list_add(&page->lru, page_list);
4527                 else
4528                         page_array[nr_populated] = page;
4529                 nr_populated++;
4530         }
4531
4532         goto out;
4533 }
4534 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4535
4536 /*
4537  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4538  */
4539 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4540                                                         nodemask_t *nodemask)
4541 {
4542         struct page *page;
4543         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4544         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4545         struct alloc_context ac = { };
4546
4547         /*
4548          * There are several places where we assume that the order value is sane
4549          * so bail out early if the request is out of bound.
4550          */
4551         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4552                 return NULL;
4553
4554         gfp &= gfp_allowed_mask;
4555         /*
4556          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4557          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4558          * from a particular context which has been marked by
4559          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4560          * movable zones are not used during allocation.
4561          */
4562         gfp = current_gfp_context(gfp);
4563         alloc_gfp = gfp;
4564         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4565                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4566                 return NULL;
4567
4568         /*
4569          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4570          * memory until all local zones are considered.
4571          */
4572         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4573
4574         /* First allocation attempt */
4575         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4576         if (likely(page))
4577                 goto out;
4578
4579         alloc_gfp = gfp;
4580         ac.spread_dirty_pages = false;
4581
4582         /*
4583          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4584          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4585          */
4586         ac.nodemask = nodemask;
4587
4588         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4589
4590 out:
4591         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4592             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4593                 __free_pages(page, order);
4594                 page = NULL;
4595         }
4596
4597         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4598         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4599
4600         return page;
4601 }
4602 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4603
4604 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4605                 nodemask_t *nodemask)
4606 {
4607         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4608                                         preferred_nid, nodemask);
4609         return page_rmappable_folio(page);
4610 }
4611 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4612
4613 /*
4614  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4615  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4616  * you need to access high mem.
4617  */
4618 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4619 {
4620         struct page *page;
4621
4622         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4623         if (!page)
4624                 return 0;
4625         return (unsigned long) page_address(page);
4626 }
4627 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4628
4629 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4630 {
4631         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4632 }
4633 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4634
4635 /**
4636  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4637  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4638  * @order: The order of the allocation.
4639  *
4640  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4641  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4642  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4643  * than was allocated will probably emit a warning.
4644  *
4645  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4646  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4647  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4648  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4649  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4650  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4651  *
4652  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4653  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4654  */
4655 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4656 {
4657         /* get PageHead before we drop reference */
4658         int head = PageHead(page);
4659
4660         if (put_page_testzero(page))
4661                 free_the_page(page, order);
4662         else if (!head)
4663                 while (order-- > 0)
4664                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4665 }
4666 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4667
4668 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4669 {
4670         if (addr != 0) {
4671                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4672                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4673         }
4674 }
4675
4676 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4677
4678 /*
4679  * Page Fragment:
4680  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4681  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4682  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4683  *
4684  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4685  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4686  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4687  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4688  */
4689 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4690                                              gfp_t gfp_mask)
4691 {
4692         struct page *page = NULL;
4693         gfp_t gfp = gfp_mask;
4694
4695 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4696         gfp_mask = (gfp_mask & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) |  __GFP_COMP |
4697                    __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC;
4698         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4699                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4700         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4701 #endif
4702         if (unlikely(!page))
4703                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4704
4705         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4706
4707         return page;
4708 }
4709
4710 void page_frag_cache_drain(struct page_frag_cache *nc)
4711 {
4712         if (!nc->va)
4713                 return;
4714
4715         __page_frag_cache_drain(virt_to_head_page(nc->va), nc->pagecnt_bias);
4716         nc->va = NULL;
4717 }
4718 EXPORT_SYMBOL(page_frag_cache_drain);
4719
4720 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4721 {
4722         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4723
4724         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4725                 free_the_page(page, compound_order(page));
4726 }
4727 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4728
4729 void *__page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4730                               unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4731                               unsigned int align_mask)
4732 {
4733         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4734         struct page *page;
4735         int offset;
4736
4737         if (unlikely(!nc->va)) {
4738 refill:
4739                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4740                 if (!page)
4741                         return NULL;
4742
4743 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4744                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4745                 size = nc->size;
4746 #endif
4747                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4748                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4749                  */
4750                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4751
4752                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4753                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4754                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4755                 nc->offset = size;
4756         }
4757
4758         offset = nc->offset - fragsz;
4759         if (unlikely(offset < 0)) {
4760                 page = virt_to_page(nc->va);
4761
4762                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4763                         goto refill;
4764
4765                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4766                         free_the_page(page, compound_order(page));
4767                         goto refill;
4768                 }
4769
4770 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4771                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4772                 size = nc->size;
4773 #endif
4774                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4775                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4776
4777                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4778                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4779                 offset = size - fragsz;
4780                 if (unlikely(offset < 0)) {
4781                         /*
4782                          * The caller is trying to allocate a fragment
4783                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4784                          * enough to satisfy the request, this may
4785                          * happen in low memory conditions.
4786                          * We don't release the cache page because
4787                          * it could make memory pressure worse
4788                          * so we simply return NULL here.
4789                          */
4790                         return NULL;
4791                 }
4792         }
4793
4794         nc->pagecnt_bias--;
4795         offset &= align_mask;
4796         nc->offset = offset;
4797
4798         return nc->va + offset;
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_alloc_align);
4801
4802 /*
4803  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4804  */
4805 void page_frag_free(void *addr)
4806 {
4807         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4808
4809         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4810                 free_the_page(page, compound_order(page));
4811 }
4812 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4813
4814 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4815                 size_t size)
4816 {
4817         if (addr) {
4818                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4819                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4820                 struct page *last = page + nr;
4821
4822                 split_page_owner(page, order, 0);
4823                 split_page_memcg(page, order, 0);
4824                 while (page < --last)
4825                         set_page_refcounted(last);
4826
4827                 last = page + (1UL << order);
4828                 for (page += nr; page < last; page++)
4829                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4830         }
4831         return (void *)addr;
4832 }
4833
4834 /**
4835  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4836  * @size: the number of bytes to allocate
4837  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4838  *
4839  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4840  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4841  * allocate memory in power-of-two pages.
4842  *
4843  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4844  *
4845  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4846  *
4847  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4848  */
4849 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4850 {
4851         unsigned int order = get_order(size);
4852         unsigned long addr;
4853
4854         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4855                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4856
4857         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4858         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4859 }
4860 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4861
4862 /**
4863  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4864  *                         pages on a node.
4865  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4866  * @size: the number of bytes to allocate
4867  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4868  *
4869  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4870  * back.
4871  *
4872  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4873  */
4874 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4875 {
4876         unsigned int order = get_order(size);
4877         struct page *p;
4878
4879         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4880                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4881
4882         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4883         if (!p)
4884                 return NULL;
4885         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4886 }
4887
4888 /**
4889  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4890  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4891  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4892  *
4893  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4894  */
4895 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4896 {
4897         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4898         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4899
4900         while (addr < end) {
4901                 free_page(addr);
4902                 addr += PAGE_SIZE;
4903         }
4904 }
4905 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4906
4907 /**
4908  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4909  * @offset: The zone index of the highest zone
4910  *
4911  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4912  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4913  * zone, the number of pages is calculated as:
4914  *
4915  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4916  *
4917  * Return: number of pages beyond high watermark.
4918  */
4919 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4920 {
4921         struct zoneref *z;
4922         struct zone *zone;
4923
4924         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4925         unsigned long sum = 0;
4926
4927         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4928
4929         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4930                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4931                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4932                 if (size > high)
4933                         sum += size - high;
4934         }
4935
4936         return sum;
4937 }
4938
4939 /**
4940  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4941  *
4942  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4943  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4944  *
4945  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4946  * ZONE_NORMAL.
4947  */
4948 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4949 {
4950         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4951 }
4952 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4953
4954 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4955 {
4956         zoneref->zone = zone;
4957         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4958 }
4959
4960 /*
4961  * Builds allocation fallback zone lists.
4962  *
4963  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4964  */
4965 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4966 {
4967         struct zone *zone;
4968         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4969         int nr_zones = 0;
4970
4971         do {
4972                 zone_type--;
4973                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4974                 if (populated_zone(zone)) {
4975                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4976                         check_highest_zone(zone_type);
4977                 }
4978         } while (zone_type);
4979
4980         return nr_zones;
4981 }
4982
4983 #ifdef CONFIG_NUMA
4984
4985 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4986 {
4987         /*
4988          * We used to support different zonelists modes but they turned
4989          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4990          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4991          * not fail it silently
4992          */
4993         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4994                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4995                 return -EINVAL;
4996         }
4997         return 0;
4998 }
4999
5000 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5001 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5002 /*
5003  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5004  */
5005 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5006                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5007 {
5008         if (write)
5009                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5010         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5011 }
5012
5013 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5014
5015 /**
5016  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5017  * @node: node whose fallback list we're appending
5018  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5019  *
5020  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5021  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5022  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5023  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5024  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5025  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5026  * on them otherwise.
5027  *
5028  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5029  */
5030 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5031 {
5032         int n, val;
5033         int min_val = INT_MAX;
5034         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5035
5036         /*
5037          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5038          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5039          */
5040         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5041                 node_set(node, *used_node_mask);
5042                 return node;
5043         }
5044
5045         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5046
5047                 /* Don't want a node to appear more than once */
5048                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5049                         continue;
5050
5051                 /* Use the distance array to find the distance */
5052                 val = node_distance(node, n);
5053
5054                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5055                 val += (n < node);
5056
5057                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5058                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5059                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5060
5061                 /* Slight preference for less loaded node */
5062                 val *= MAX_NUMNODES;
5063                 val += node_load[n];
5064
5065                 if (val < min_val) {
5066                         min_val = val;
5067                         best_node = n;
5068                 }
5069         }
5070
5071         if (best_node >= 0)
5072                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5073
5074         return best_node;
5075 }
5076
5077
5078 /*
5079  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5080  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5081  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5082  */
5083 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5084                 unsigned nr_nodes)
5085 {
5086         struct zoneref *zonerefs;
5087         int i;
5088
5089         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5090
5091         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5092                 int nr_zones;
5093
5094                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5095
5096                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5097                 zonerefs += nr_zones;
5098         }
5099         zonerefs->zone = NULL;
5100         zonerefs->zone_idx = 0;
5101 }
5102
5103 /*
5104  * Build gfp_thisnode zonelists
5105  */
5106 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5107 {
5108         struct zoneref *zonerefs;
5109         int nr_zones;
5110
5111         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5112         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5113         zonerefs += nr_zones;
5114         zonerefs->zone = NULL;
5115         zonerefs->zone_idx = 0;
5116 }
5117
5118 /*
5119  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5120  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5121  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5122  * may still exist in local DMA zone.
5123  */
5124
5125 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5126 {
5127         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5128         int node, nr_nodes = 0;
5129         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5130         int local_node, prev_node;
5131
5132         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5133         local_node = pgdat->node_id;
5134         prev_node = local_node;
5135
5136         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5137         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5138                 /*
5139                  * We don't want to pressure a particular node.
5140                  * So adding penalty to the first node in same
5141                  * distance group to make it round-robin.
5142                  */
5143                 if (node_distance(local_node, node) !=
5144                     node_distance(local_node, prev_node))
5145                         node_load[node] += 1;
5146
5147                 node_order[nr_nodes++] = node;
5148                 prev_node = node;
5149         }
5150
5151         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5152         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5153         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5154         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5155                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5156         pr_cont("\n");
5157 }
5158
5159 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5160 /*
5161  * Return node id of node used for "local" allocations.
5162  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5163  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5164  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5165  */
5166 int local_memory_node(int node)
5167 {
5168         struct zoneref *z;
5169
5170         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5171                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5172                                    NULL);
5173         return zone_to_nid(z->zone);
5174 }
5175 #endif
5176
5177 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5178 static void setup_min_slab_ratio(void);
5179 #else   /* CONFIG_NUMA */
5180
5181 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5182 {
5183         int node, local_node;
5184         struct zoneref *zonerefs;
5185         int nr_zones;
5186
5187         local_node = pgdat->node_id;
5188
5189         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5190         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5191         zonerefs += nr_zones;
5192
5193         /*
5194          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5195          * of all the other nodes.
5196          * We don't want to pressure a particular node, so when
5197          * building the zones for node N, we make sure that the
5198          * zones coming right after the local ones are those from
5199          * node N+1 (modulo N)
5200          */
5201         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5202                 if (!node_online(node))
5203                         continue;
5204                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5205                 zonerefs += nr_zones;
5206         }
5207         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5208                 if (!node_online(node))
5209                         continue;
5210                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5211                 zonerefs += nr_zones;
5212         }
5213
5214         zonerefs->zone = NULL;
5215         zonerefs->zone_idx = 0;
5216 }
5217
5218 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5219
5220 /*
5221  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5222  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5223  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5224  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5225  * with interrupts disabled.
5226  *
5227  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5228  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5229  * hotplugged processors.
5230  *
5231  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5232  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5233  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5234  */
5235 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5236 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5237 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5238 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5239 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5240 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5241
5242 static void __build_all_zonelists(void *data)
5243 {
5244         int nid;
5245         int __maybe_unused cpu;
5246         pg_data_t *self = data;
5247         unsigned long flags;
5248
5249         /*
5250          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5251          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5252          */
5253         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5254         /*
5255          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5256          * trying to hold port->lock, for
5257          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5258          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5259          */
5260         printk_deferred_enter();
5261
5262 #ifdef CONFIG_NUMA
5263         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5264 #endif
5265
5266         /*
5267          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5268          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5269          */
5270         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5271                 build_zonelists(self);
5272         } else {
5273                 /*
5274                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5275                  * in free_area_init
5276                  */
5277                 for_each_node(nid) {
5278                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5279
5280                         build_zonelists(pgdat);
5281                 }
5282
5283 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5284                 /*
5285                  * We now know the "local memory node" for each node--
5286                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5287                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5288                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5289                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5290                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5291                  */
5292                 for_each_online_cpu(cpu)
5293                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5294 #endif
5295         }
5296
5297         printk_deferred_exit();
5298         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5299 }
5300
5301 static noinline void __init
5302 build_all_zonelists_init(void)
5303 {
5304         int cpu;
5305
5306         __build_all_zonelists(NULL);
5307
5308         /*
5309          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5310          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5311          * each zone will be allocated later when the per cpu
5312          * allocator is available.
5313          *
5314          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5315          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5316          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5317          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5318          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5319          * (a chicken-egg dilemma).
5320          */
5321         for_each_possible_cpu(cpu)
5322                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5323
5324         mminit_verify_zonelist();
5325         cpuset_init_current_mems_allowed();
5326 }
5327
5328 /*
5329  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5330  *
5331  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5332  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5333  */
5334 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5335 {
5336         unsigned long vm_total_pages;
5337
5338         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5339                 build_all_zonelists_init();
5340         } else {
5341                 __build_all_zonelists(pgdat);
5342                 /* cpuset refresh routine should be here */
5343         }
5344         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5345         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5346         /*
5347          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5348          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5349          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5350          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5351          * disabled and enable it later
5352          */
5353         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5354                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5355         else
5356                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5357
5358         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5359                 nr_online_nodes,
5360                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5361                 vm_total_pages);
5362 #ifdef CONFIG_NUMA
5363         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5364 #endif
5365 }
5366
5367 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5368 {
5369 #ifdef CONFIG_MMU
5370         int batch;
5371
5372         /*
5373          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5374          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5375          * size is striking a balance between allocation latency
5376          * and zone lock contention.
5377          */
5378         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5379         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5380         if (batch < 1)
5381                 batch = 1;
5382
5383         /*
5384          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5385          * of 2 value was found to be more likely to have
5386          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5387          *
5388          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5389          * batches of pages, one task can end up with a lot
5390          * of pages of one half of the possible page colors
5391          * and the other with pages of the other colors.
5392          */
5393         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5394
5395         return batch;
5396
5397 #else
5398         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5399          * conditions.
5400          *
5401          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5402          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5403          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5404          *
5405          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5406          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5407          * can be a significant delay between the individual batches being
5408          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5409          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5410          */
5411         return 0;
5412 #endif
5413 }
5414
5415 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5416 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5417                          int high_fraction)
5418 {
5419 #ifdef CONFIG_MMU
5420         int high;
5421         int nr_split_cpus;
5422         unsigned long total_pages;
5423
5424         if (!high_fraction) {
5425                 /*
5426                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5427                  * low watermark so that if they are full then background
5428                  * reclaim will not be started prematurely.
5429                  */
5430                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5431         } else {
5432                 /*
5433                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5434                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5435                  * zone.
5436                  */
5437                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5438         }
5439
5440         /*
5441          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5442          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5443          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5444          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5445          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5446          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5447          */
5448         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5449         if (!nr_split_cpus)
5450                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5451         high = total_pages / nr_split_cpus;
5452
5453         /*
5454          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5455          * historical relationship between high and batch.
5456          */
5457         high = max(high, batch << 2);
5458
5459         return high;
5460 #else
5461         return 0;
5462 #endif
5463 }
5464
5465 /*
5466  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5467  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5468  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5469  *
5470  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5471  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5472  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5473  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5474  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5475  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5476  * disabled.
5477  *
5478  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5479  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5480  * exist).
5481  */
5482 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5483                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5484 {
5485         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5486         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5487         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5488 }
5489
5490 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5491 {
5492         int pindex;
5493
5494         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5495         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5496
5497         spin_lock_init(&pcp->lock);
5498         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5499                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5500
5501         /*
5502          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5503          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5504          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5505          * pageset yet.
5506          */
5507         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5508         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5509         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5510         pcp->free_count = 0;
5511 }
5512
5513 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5514                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5515 {
5516         struct per_cpu_pages *pcp;
5517         int cpu;
5518
5519         for_each_possible_cpu(cpu) {
5520                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5521                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5522         }
5523 }
5524
5525 /*
5526  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5527  * zone based on the zone's size.
5528  */
5529 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5530 {
5531         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5532
5533         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5534         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5535                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5536                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5537                 /*
5538                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5539                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5540                  */
5541                 new_high_max = new_high_min;
5542         } else {
5543                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5544                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5545                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5546         }
5547
5548         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5549             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5550             zone->pageset_batch == new_batch)
5551                 return;
5552
5553         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5554         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5555         zone->pageset_batch = new_batch;
5556
5557         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5558                                           new_batch);
5559 }
5560
5561 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5562 {
5563         int cpu;
5564
5565         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5566         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5567                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5568
5569         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5570         for_each_possible_cpu(cpu) {
5571                 struct per_cpu_pages *pcp;
5572                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5573
5574                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5575                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5576                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5577         }
5578
5579         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5580 }
5581
5582 /*
5583  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5584  * page high values need to be recalculated.
5585  */
5586 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5587 {
5588         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5589         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5590         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5591 }
5592
5593 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5594 {
5595         struct per_cpu_pages *pcp;
5596         struct cpu_cacheinfo *cci;
5597
5598         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5599         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5600         /*
5601          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5602          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5603          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5604          * This can reduce zone lock contention without hurting
5605          * cache-hot pages sharing.
5606          */
5607         spin_lock(&pcp->lock);
5608         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5609                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5610         else
5611                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5612         spin_unlock(&pcp->lock);
5613 }
5614
5615 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5616 {
5617         struct zone *zone;
5618
5619         for_each_populated_zone(zone)
5620                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5621 }
5622
5623 /*
5624  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5625  * Before this call only boot pagesets were available.
5626  */
5627 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5628 {
5629         struct pglist_data *pgdat;
5630         struct zone *zone;
5631         int __maybe_unused cpu;
5632
5633         for_each_populated_zone(zone)
5634                 setup_zone_pageset(zone);
5635
5636 #ifdef CONFIG_NUMA
5637         /*
5638          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5639          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5640          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5641          * the nodes these zones are associated with.
5642          */
5643         for_each_possible_cpu(cpu) {
5644                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5645                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5646                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5647         }
5648 #endif
5649
5650         for_each_online_pgdat(pgdat)
5651                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5652                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5653 }
5654
5655 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5656 {
5657         /*
5658          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5659          * relies on the ability of the linker to provide the
5660          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5661          */
5662         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5663         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5664         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5665         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5666         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5667
5668         if (populated_zone(zone))
5669                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5670                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5671 }
5672
5673 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5674 {
5675         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5676         totalram_pages_add(count);
5677 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5678         if (PageHighMem(page))
5679                 totalhigh_pages_add(count);
5680 #endif
5681 }
5682 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5683
5684 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5685 {
5686         void *pos;
5687         unsigned long pages = 0;
5688
5689         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5690         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5691         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5692                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5693                 void *direct_map_addr;
5694
5695                 /*
5696                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5697                  * because some architectures' virt_to_page()
5698                  * work with aliases.  Getting the direct map
5699                  * address ensures that we get a _writeable_
5700                  * alias for the memset().
5701                  */
5702                 direct_map_addr = page_address(page);
5703                 /*
5704                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5705                  * has not been initialized.
5706                  */
5707                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5708                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5709                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5710
5711                 free_reserved_page(page);
5712         }
5713
5714         if (pages && s)
5715                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5716
5717         return pages;
5718 }
5719
5720 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5721 {
5722         struct zone *zone;
5723
5724         lru_add_drain_cpu(cpu);
5725         mlock_drain_remote(cpu);
5726         drain_pages(cpu);
5727
5728         /*
5729          * Spill the event counters of the dead processor
5730          * into the current processors event counters.
5731          * This artificially elevates the count of the current
5732          * processor.
5733          */
5734         vm_events_fold_cpu(cpu);
5735
5736         /*
5737          * Zero the differential counters of the dead processor
5738          * so that the vm statistics are consistent.
5739          *
5740          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5741          * race with what we are doing.
5742          */
5743         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5744
5745         for_each_populated_zone(zone)
5746                 zone_pcp_update(zone, 0);
5747
5748         return 0;
5749 }
5750
5751 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5752 {
5753         struct zone *zone;
5754
5755         for_each_populated_zone(zone)
5756                 zone_pcp_update(zone, 1);
5757         return 0;
5758 }
5759
5760 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5761 {
5762         int ret;
5763
5764         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5765                                         "mm/page_alloc:pcp",
5766                                         page_alloc_cpu_online,
5767                                         page_alloc_cpu_dead);
5768         WARN_ON(ret < 0);
5769 }
5770
5771 /*
5772  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5773  *      or min_free_kbytes changes.
5774  */
5775 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5776 {
5777         struct pglist_data *pgdat;
5778         unsigned long reserve_pages = 0;
5779         enum zone_type i, j;
5780
5781         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5782
5783                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5784
5785                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5786                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5787                         long max = 0;
5788                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5789
5790                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5791                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5792                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5793                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5794                         }
5795
5796                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5797                         max += high_wmark_pages(zone);
5798
5799                         if (max > managed_pages)
5800                                 max = managed_pages;
5801
5802                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5803
5804                         reserve_pages += max;
5805                 }
5806         }
5807         totalreserve_pages = reserve_pages;
5808 }
5809
5810 /*
5811  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5812  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5813  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5814  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5815  */
5816 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5817 {
5818         struct pglist_data *pgdat;
5819         enum zone_type i, j;
5820
5821         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5822                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5823                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5824                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5825                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5826                         unsigned long managed_pages = 0;
5827
5828                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5829                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5830
5831                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5832
5833                                 if (clear)
5834                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5835                                 else
5836                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5837                         }
5838                 }
5839         }
5840
5841         /* update totalreserve_pages */
5842         calculate_totalreserve_pages();
5843 }
5844
5845 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5846 {
5847         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5848         unsigned long lowmem_pages = 0;
5849         struct zone *zone;
5850         unsigned long flags;
5851
5852         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5853         for_each_zone(zone) {
5854                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5855                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5856         }
5857
5858         for_each_zone(zone) {
5859                 u64 tmp;
5860
5861                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5862                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5863                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
5864                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5865                         /*
5866                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5867                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5868                          * to a small  value here.
5869                          *
5870                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5871                          * deltas control async page reclaim, and so should
5872                          * not be capped for highmem and movable zones.
5873                          */
5874                         unsigned long min_pages;
5875
5876                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5877                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5878                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5879                 } else {
5880                         /*
5881                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5882                          * proportionate to the zone's size.
5883                          */
5884                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5885                 }
5886
5887                 /*
5888                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5889                  * scale factor in proportion to available memory, but
5890                  * ensure a minimum size on small systems.
5891                  */
5892                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5893                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5894                                       watermark_scale_factor, 10000));
5895
5896                 zone->watermark_boost = 0;
5897                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5898                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5899                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5900
5901                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5902         }
5903
5904         /* update totalreserve_pages */
5905         calculate_totalreserve_pages();
5906 }
5907
5908 /**
5909  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5910  * or when memory is hot-{added|removed}
5911  *
5912  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5913  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5914  */
5915 void setup_per_zone_wmarks(void)
5916 {
5917         struct zone *zone;
5918         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5919
5920         spin_lock(&lock);
5921         __setup_per_zone_wmarks();
5922         spin_unlock(&lock);
5923
5924         /*
5925          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5926          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5927          */
5928         for_each_zone(zone)
5929                 zone_pcp_update(zone, 0);
5930 }
5931
5932 /*
5933  * Initialise min_free_kbytes.
5934  *
5935  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5936  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5937  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5938  *
5939  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5940  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5941  *
5942  * which yields
5943  *
5944  * 16MB:        512k
5945  * 32MB:        724k
5946  * 64MB:        1024k
5947  * 128MB:       1448k
5948  * 256MB:       2048k
5949  * 512MB:       2896k
5950  * 1024MB:      4096k
5951  * 2048MB:      5792k
5952  * 4096MB:      8192k
5953  * 8192MB:      11584k
5954  * 16384MB:     16384k
5955  */
5956 void calculate_min_free_kbytes(void)
5957 {
5958         unsigned long lowmem_kbytes;
5959         int new_min_free_kbytes;
5960
5961         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5962         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5963
5964         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5965                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5966         else
5967                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5968                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5969
5970 }
5971
5972 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5973 {
5974         calculate_min_free_kbytes();
5975         setup_per_zone_wmarks();
5976         refresh_zone_stat_thresholds();
5977         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5978
5979 #ifdef CONFIG_NUMA
5980         setup_min_unmapped_ratio();
5981         setup_min_slab_ratio();
5982 #endif
5983
5984         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5985
5986         return 0;
5987 }
5988 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5989
5990 /*
5991  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5992  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5993  *      changes.
5994  */
5995 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5996                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5997 {
5998         int rc;
5999
6000         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6001         if (rc)
6002                 return rc;
6003
6004         if (write) {
6005                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6006                 setup_per_zone_wmarks();
6007         }
6008         return 0;
6009 }
6010
6011 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6012                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6013 {
6014         int rc;
6015
6016         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6017         if (rc)
6018                 return rc;
6019
6020         if (write)
6021                 setup_per_zone_wmarks();
6022
6023         return 0;
6024 }
6025
6026 #ifdef CONFIG_NUMA
6027 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6028 {
6029         pg_data_t *pgdat;
6030         struct zone *zone;
6031
6032         for_each_online_pgdat(pgdat)
6033                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6034
6035         for_each_zone(zone)
6036                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6037                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6038 }
6039
6040
6041 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6042                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6043 {
6044         int rc;
6045
6046         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6047         if (rc)
6048                 return rc;
6049
6050         setup_min_unmapped_ratio();
6051
6052         return 0;
6053 }
6054
6055 static void setup_min_slab_ratio(void)
6056 {
6057         pg_data_t *pgdat;
6058         struct zone *zone;
6059
6060         for_each_online_pgdat(pgdat)
6061                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6062
6063         for_each_zone(zone)
6064                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6065                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6066 }
6067
6068 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6069                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6070 {
6071         int rc;
6072
6073         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6074         if (rc)
6075                 return rc;
6076
6077         setup_min_slab_ratio();
6078
6079         return 0;
6080 }
6081 #endif
6082
6083 /*
6084  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6085  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6086  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6087  *
6088  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6089  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6090  * if in function of the boot time zone sizes.
6091  */
6092 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6093                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6094 {
6095         int i;
6096
6097         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6098
6099         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6100                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6101                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6102         }
6103
6104         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6105         return 0;
6106 }
6107
6108 /*
6109  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6110  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6111  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6112  */
6113 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6114                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6115 {
6116         struct zone *zone;
6117         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6118         int ret;
6119
6120         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6121         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6122
6123         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6124         if (!write || ret < 0)
6125                 goto out;
6126
6127         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6128         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6129             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6130                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6131                 ret = -EINVAL;
6132                 goto out;
6133         }
6134
6135         /* No change? */
6136         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6137                 goto out;
6138
6139         for_each_populated_zone(zone)
6140                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6141 out:
6142         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6143         return ret;
6144 }
6145
6146 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6147         {
6148                 .procname       = "min_free_kbytes",
6149                 .data           = &min_free_kbytes,
6150                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6151                 .mode           = 0644,
6152                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6153                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6154         },
6155         {
6156                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6157                 .data           = &watermark_boost_factor,
6158                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6159                 .mode           = 0644,
6160                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6161                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6162         },
6163         {
6164                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6165                 .data           = &watermark_scale_factor,
6166                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6167                 .mode           = 0644,
6168                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6169                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6170                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6171         },
6172         {
6173                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6174                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6175                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6176                 .mode           = 0644,
6177                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6178                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6179         },
6180         {
6181                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6182                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6183                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6184                 .mode           = 0644,
6185                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6186         },
6187 #ifdef CONFIG_NUMA
6188         {
6189                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6190                 .data           = &numa_zonelist_order,
6191                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6192                 .mode           = 0644,
6193                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6194         },
6195         {
6196                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6197                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6198                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6199                 .mode           = 0644,
6200                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6201                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6202                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6203         },
6204         {
6205                 .procname       = "min_slab_ratio",
6206                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6207                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6208                 .mode           = 0644,
6209                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6210                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6211                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6212         },
6213 #endif
6214         {}
6215 };
6216
6217 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6218 {
6219         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6220 }
6221
6222 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6223 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6224 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6225 {
6226         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6227
6228         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6229                 struct page *page;
6230
6231                 dump_stack();
6232                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6233                         dump_page(page, "migration failure");
6234         }
6235 }
6236
6237 /*
6238  * [start, end) must belong to a single zone.
6239  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6240  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6241  */
6242 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6243                                         unsigned long start, unsigned long end,
6244                                         int migratetype)
6245 {
6246         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6247         unsigned int nr_reclaimed;
6248         unsigned long pfn = start;
6249         unsigned int tries = 0;
6250         int ret = 0;
6251         struct migration_target_control mtc = {
6252                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6253                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6254         };
6255         struct page *page;
6256         unsigned long total_mapped = 0;
6257         unsigned long total_migrated = 0;
6258         unsigned long total_reclaimed = 0;
6259
6260         lru_cache_disable();
6261
6262         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6263                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6264                         ret = -EINTR;
6265                         break;
6266                 }
6267
6268                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6269                         cc->nr_migratepages = 0;
6270                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6271                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6272                                 break;
6273                         pfn = cc->migrate_pfn;
6274                         tries = 0;
6275                 } else if (++tries == 5) {
6276                         ret = -EBUSY;
6277                         break;
6278                 }
6279
6280                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6281                                                         &cc->migratepages);
6282                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6283
6284                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6285                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6286                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
6287                                 total_mapped += page_mapcount(page);
6288                 }
6289
6290                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6291                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6292
6293                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6294                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6295
6296                 /*
6297                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6298                  * to retry again over this error, so do the same here.
6299                  */
6300                 if (ret == -ENOMEM)
6301                         break;
6302         }
6303
6304         lru_cache_enable();
6305         if (ret < 0) {
6306                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6307                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6308                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6309         }
6310
6311         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6312                                                  total_migrated,
6313                                                  total_reclaimed,
6314                                                  total_mapped);
6315         return (ret < 0) ? ret : 0;
6316 }
6317
6318 /**
6319  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6320  * @start:      start PFN to allocate
6321  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6322  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6323  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6324  *                      in range must have the same migratetype and it must
6325  *                      be either of the two.
6326  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6327  *
6328  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6329  * belong to a single zone.
6330  *
6331  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6332  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6333  * be modified by others.
6334  *
6335  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6336  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6337  * need to be freed with free_contig_range().
6338  */
6339 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6340                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6341 {
6342         unsigned long outer_start, outer_end;
6343         int order;
6344         int ret = 0;
6345
6346         struct compact_control cc = {
6347                 .nr_migratepages = 0,
6348                 .order = -1,
6349                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6350                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6351                 .ignore_skip_hint = true,
6352                 .no_set_skip_hint = true,
6353                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6354                 .alloc_contig = true,
6355         };
6356         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6357
6358         /*
6359          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6360          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6361          * have different sizes, and due to the way page allocator
6362          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6363          *
6364          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6365          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6366          * we are interested in). This will put all the pages in
6367          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6368          *
6369          * When this is done, we take the pages in range from page
6370          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6371          * page allocator will never consider using them.
6372          *
6373          * This lets us mark the pageblocks back as
6374          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6375          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6376          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6377          */
6378
6379         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6380         if (ret)
6381                 goto done;
6382
6383         drain_all_pages(cc.zone);
6384
6385         /*
6386          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6387          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6388          * which will report the busy page.
6389          *
6390          * It is possible that busy pages could become available before
6391          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6392          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6393          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6394          */
6395         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6396         if (ret && ret != -EBUSY)
6397                 goto done;
6398         ret = 0;
6399
6400         /*
6401          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6402          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6403          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6404          * What we are going to do is to allocate all pages from
6405          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6406          *
6407          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6408          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6409          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6410          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6411          * once this is done free the pages we are not interested in.
6412          *
6413          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6414          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6415          */
6416
6417         order = 0;
6418         outer_start = start;
6419         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6420                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER) {
6421                         outer_start = start;
6422                         break;
6423                 }
6424                 outer_start &= ~0UL << order;
6425         }
6426
6427         if (outer_start != start) {
6428                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6429
6430                 /*
6431                  * outer_start page could be small order buddy page and
6432                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6433                  * in this case to report failed page properly
6434                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6435                  */
6436                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6437                         outer_start = start;
6438         }
6439
6440         /* Make sure the range is really isolated. */
6441         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6442                 ret = -EBUSY;
6443                 goto done;
6444         }
6445
6446         /* Grab isolated pages from freelists. */
6447         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6448         if (!outer_end) {
6449                 ret = -EBUSY;
6450                 goto done;
6451         }
6452
6453         /* Free head and tail (if any) */
6454         if (start != outer_start)
6455                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6456         if (end != outer_end)
6457                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6458
6459 done:
6460         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6461         return ret;
6462 }
6463 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6464
6465 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6466                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6467 {
6468         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6469
6470         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6471                                   gfp_mask);
6472 }
6473
6474 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6475                                    unsigned long nr_pages)
6476 {
6477         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6478         struct page *page;
6479
6480         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6481                 page = pfn_to_online_page(i);
6482                 if (!page)
6483                         return false;
6484
6485                 if (page_zone(page) != z)
6486                         return false;
6487
6488                 if (PageReserved(page))
6489                         return false;
6490
6491                 if (PageHuge(page))
6492                         return false;
6493         }
6494         return true;
6495 }
6496
6497 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6498                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6499 {
6500         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6501
6502         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6503 }
6504
6505 /**
6506  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6507  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6508  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6509  * @nid:        Target node
6510  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6511  *
6512  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6513  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6514  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6515  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6516  *
6517  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6518  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6519  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6520  *
6521  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6522  * __free_page() on each allocated page.
6523  *
6524  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6525  */
6526 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6527                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6528 {
6529         unsigned long ret, pfn, flags;
6530         struct zonelist *zonelist;
6531         struct zone *zone;
6532         struct zoneref *z;
6533
6534         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6535         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6536                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6537                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6538
6539                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6540                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6541                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6542                                 /*
6543                                  * We release the zone lock here because
6544                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6545                                  * at some point. If there's an allocation
6546                                  * spinning on this lock, it may win the race
6547                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6548                                  */
6549                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6550                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6551                                                         gfp_mask);
6552                                 if (!ret)
6553                                         return pfn_to_page(pfn);
6554                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6555                         }
6556                         pfn += nr_pages;
6557                 }
6558                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6559         }
6560         return NULL;
6561 }
6562 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6563
6564 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6565 {
6566         unsigned long count = 0;
6567
6568         for (; nr_pages--; pfn++) {
6569                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6570
6571                 count += page_count(page) != 1;
6572                 __free_page(page);
6573         }
6574         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6575 }
6576 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6577
6578 /*
6579  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6580  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6581  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6582  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6583  *
6584  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6585  */
6586 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6587 {
6588         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6589         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6590         __drain_all_pages(zone, true);
6591 }
6592
6593 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6594 {
6595         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6596                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6597         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6598 }
6599
6600 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6601 {
6602         int cpu;
6603         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6604
6605         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6606                 for_each_online_cpu(cpu) {
6607                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6608                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6609                 }
6610                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6611                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6612                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6613                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6614                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6615                 }
6616         }
6617 }
6618
6619 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6620 /*
6621  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6622  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6623  */
6624 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6625 {
6626         unsigned long pfn = start_pfn;
6627         struct page *page;
6628         struct zone *zone;
6629         unsigned int order;
6630         unsigned long flags;
6631
6632         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6633         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6634         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6635         while (pfn < end_pfn) {
6636                 page = pfn_to_page(pfn);
6637                 /*
6638                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6639                  * page_count() is not 0.
6640                  */
6641                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6642                         pfn++;
6643                         continue;
6644                 }
6645                 /*
6646                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6647                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6648                  */
6649                 if (PageOffline(page)) {
6650                         BUG_ON(page_count(page));
6651                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6652                         pfn++;
6653                         continue;
6654                 }
6655
6656                 BUG_ON(page_count(page));
6657                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6658                 order = buddy_order(page);
6659                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6660                 pfn += (1 << order);
6661         }
6662         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6663 }
6664 #endif
6665
6666 /*
6667  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6668  */
6669 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6670 {
6671         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6672         unsigned int order;
6673
6674         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6675                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6676
6677                 if (PageBuddy(page_head) &&
6678                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6679                         break;
6680         }
6681
6682         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6683 }
6684 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6685
6686 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6687 /*
6688  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6689  * buddy allocator.
6690  */
6691 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6692                                    struct page *target, int low, int high,
6693                                    int migratetype)
6694 {
6695         unsigned long size = 1 << high;
6696         struct page *current_buddy;
6697
6698         while (high > low) {
6699                 high--;
6700                 size >>= 1;
6701
6702                 if (target >= &page[size]) {
6703                         current_buddy = page;
6704                         page = page + size;
6705                 } else {
6706                         current_buddy = page + size;
6707                 }
6708
6709                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6710                         continue;
6711
6712                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6713                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6714         }
6715 }
6716
6717 /*
6718  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6719  */
6720 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6721 {
6722         struct zone *zone = page_zone(page);
6723         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6724         unsigned long flags;
6725         unsigned int order;
6726         bool ret = false;
6727
6728         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6729         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6730                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6731                 int page_order = buddy_order(page_head);
6732
6733                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6734                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6735                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6736                                                                    pfn_head);
6737
6738                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6739                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6740                                                 page_order, migratetype);
6741                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6742                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6743                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6744                         ret = true;
6745                         break;
6746                 }
6747                 if (page_count(page_head) > 0)
6748                         break;
6749         }
6750         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6751         return ret;
6752 }
6753
6754 /*
6755  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6756  */
6757 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6758 {
6759         struct zone *zone = page_zone(page);
6760         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6761         unsigned long flags;
6762         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6763         bool ret = false;
6764
6765         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6766         if (put_page_testzero(page)) {
6767                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6768                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6769                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6770                         ret = true;
6771                 }
6772         }
6773         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6774
6775         return ret;
6776 }
6777 #endif
6778
6779 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6780 bool has_managed_dma(void)
6781 {
6782         struct pglist_data *pgdat;
6783
6784         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6785                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6786
6787                 if (managed_zone(zone))
6788                         return true;
6789         }
6790         return false;
6791 }
6792 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6793
6794 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6795
6796 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6797 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6798
6799 static bool lazy_accept = true;
6800
6801 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6802 {
6803         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6804                 lazy_accept = true;
6805                 return 0;
6806         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6807                 lazy_accept = false;
6808                 return 0;
6809         } else {
6810                 return -EINVAL;
6811         }
6812 }
6813 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6814
6815 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6816 {
6817         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6818         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6819
6820         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6821 }
6822
6823 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6824 {
6825         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6826
6827         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6828 }
6829
6830 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6831 {
6832         unsigned long flags;
6833         struct page *page;
6834         bool last;
6835
6836         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6837                 return false;
6838
6839         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6840         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6841                                         struct page, lru);
6842         if (!page) {
6843                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6844                 return false;
6845         }
6846
6847         list_del(&page->lru);
6848         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6849
6850         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6851         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6852         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6853
6854         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6855
6856         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6857
6858         if (last)
6859                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6860
6861         return true;
6862 }
6863
6864 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6865 {
6866         long to_accept;
6867         int ret = false;
6868
6869         /* How much to accept to get to high watermark? */
6870         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6871                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6872                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6873
6874         /* Accept at least one page */
6875         do {
6876                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6877                         break;
6878                 ret = true;
6879                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6880         } while (to_accept > 0);
6881
6882         return ret;
6883 }
6884
6885 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6886 {
6887         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6888 }
6889
6890 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6891 {
6892         struct zone *zone = page_zone(page);
6893         unsigned long flags;
6894         bool first = false;
6895
6896         if (!lazy_accept)
6897                 return false;
6898
6899         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6900         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6901         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6902         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6903         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6904         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6905
6906         if (first)
6907                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6908
6909         return true;
6910 }
6911
6912 #else
6913
6914 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6915 {
6916         return false;
6917 }
6918
6919 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6920 {
6921 }
6922
6923 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6924 {
6925         return false;
6926 }
6927
6928 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6929 {
6930         return false;
6931 }
6932
6933 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6934 {
6935         BUILD_BUG();
6936         return false;
6937 }
6938
6939 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */