arm64: dts: qcom: sm8550: add TRNG node
[linux-modified.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/memory_hotplug.h>
36 #include <linux/nodemask.h>
37 #include <linux/vmstat.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <trace/events/kmem.h>
41 #include <trace/events/oom.h>
42 #include <linux/prefetch.h>
43 #include <linux/mm_inline.h>
44 #include <linux/mmu_notifier.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/sched/mm.h>
47 #include <linux/page_owner.h>
48 #include <linux/page_table_check.h>
49 #include <linux/memcontrol.h>
50 #include <linux/ftrace.h>
51 #include <linux/lockdep.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/khugepaged.h>
54 #include <linux/delayacct.h>
55 #include <linux/cacheinfo.h>
56 #include <asm/div64.h>
57 #include "internal.h"
58 #include "shuffle.h"
59 #include "page_reporting.h"
60
61 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
62 typedef int __bitwise fpi_t;
63
64 /* No special request */
65 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
66
67 /*
68  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
69  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
70  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
71  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
72  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
73  * putting it back unmodified.
74  */
75 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
76
77 /*
78  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
79  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
80  * shuffle the whole zone).
81  *
82  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
83  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
84  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
85  *       reporting).
86  */
87 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
88
89 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
90 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
91 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
92
93 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
94 /*
95  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
96  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
97  */
98 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
99 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
100 #else
101
102 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
103 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
104 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
105 #endif
106
107 /*
108  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
109  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
110  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
111  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
112  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
113  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
114  */
115 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
116 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
117 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
118 #else
119 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
120 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
121 #endif
122
123 /*
124  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
125  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
126  */
127 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
128 ({                                                                      \
129         type *_ret;                                                     \
130         pcpu_task_pin();                                                \
131         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
132         spin_lock(&_ret->member);                                       \
133         _ret;                                                           \
134 })
135
136 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
137 ({                                                                      \
138         type *_ret;                                                     \
139         pcpu_task_pin();                                                \
140         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
141         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
142                 pcpu_task_unpin();                                      \
143                 _ret = NULL;                                            \
144         }                                                               \
145         _ret;                                                           \
146 })
147
148 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
149 ({                                                                      \
150         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
151         pcpu_task_unpin();                                              \
152 })
153
154 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
155 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
156         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
157
158 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
159         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
160
161 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
162         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
163
164 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
165 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
166 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
167 #endif
168
169 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
170
171 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
172 /*
173  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
174  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
175  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
176  * defined in <linux/topology.h>.
177  */
178 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
179 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
180 #endif
181
182 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
183
184 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
185 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
186 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
187 #endif
188
189 /*
190  * Array of node states.
191  */
192 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
193         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
194         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
195 #ifndef CONFIG_NUMA
196         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
197 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
198         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
199 #endif
200         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
201         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
202 #endif  /* NUMA */
203 };
204 EXPORT_SYMBOL(node_states);
205
206 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
207
208 /*
209  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
210  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
211  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
212  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
213  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
214  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
215  */
216 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
217 {
218         return page->index;
219 }
220
221 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
222 {
223         page->index = migratetype;
224 }
225
226 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
227 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
228 #endif
229
230 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
231                             fpi_t fpi_flags);
232
233 /*
234  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
235  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
236  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
237  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
238  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
239  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
240  *
241  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
242  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
243  */
244 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
245 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
246         [ZONE_DMA] = 256,
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
249         [ZONE_DMA32] = 256,
250 #endif
251         [ZONE_NORMAL] = 32,
252 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
253         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
254 #endif
255         [ZONE_MOVABLE] = 0,
256 };
257
258 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
259 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
260          "DMA",
261 #endif
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
263          "DMA32",
264 #endif
265          "Normal",
266 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
267          "HighMem",
268 #endif
269          "Movable",
270 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
271          "Device",
272 #endif
273 };
274
275 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
276         "Unmovable",
277         "Movable",
278         "Reclaimable",
279         "HighAtomic",
280 #ifdef CONFIG_CMA
281         "CMA",
282 #endif
283 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
284         "Isolate",
285 #endif
286 };
287
288 int min_free_kbytes = 1024;
289 int user_min_free_kbytes = -1;
290 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
291 static int watermark_scale_factor = 10;
292
293 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
294 int movable_zone;
295 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
296
297 #if MAX_NUMNODES > 1
298 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
299 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
300 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
301 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
302 #endif
303
304 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
305 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
306 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
307 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
308 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
309
310 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
311
312 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
313 /*
314  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
315  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
316  * and we can permanently disable that path.
317  */
318 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
319
320 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
321 {
322         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
323 }
324
325 /*
326  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
327  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
328  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
329  * and to ensure that the function body gets unloaded.
330  */
331 static bool __ref
332 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
333 {
334        return deferred_grow_zone(zone, order);
335 }
336 #else
337 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
338 {
339         return false;
340 }
341 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
342
343 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
344 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
345                                                         unsigned long pfn)
346 {
347 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
348         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
349 #else
350         return page_zone(page)->pageblock_flags;
351 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
352 }
353
354 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
355 {
356 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
357         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
358 #else
359         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
360 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
361         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
362 }
363
364 /**
365  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
366  * @page: The page within the block of interest
367  * @pfn: The target page frame number
368  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
369  *
370  * Return: pageblock_bits flags
371  */
372 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
373                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
374 {
375         unsigned long *bitmap;
376         unsigned long bitidx, word_bitidx;
377         unsigned long word;
378
379         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
380         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
381         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
382         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
383         /*
384          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
385          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
386          * racy, are not corrupted.
387          */
388         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
389         return (word >> bitidx) & mask;
390 }
391
392 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
393                                         unsigned long pfn)
394 {
395         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
396 }
397
398 /**
399  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
400  * @page: The page within the block of interest
401  * @flags: The flags to set
402  * @pfn: The target page frame number
403  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
404  */
405 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
406                                         unsigned long pfn,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         unsigned long *bitmap;
410         unsigned long bitidx, word_bitidx;
411         unsigned long word;
412
413         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
414         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
415
416         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
417         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
418         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
419         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
420
421         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
422
423         mask <<= bitidx;
424         flags <<= bitidx;
425
426         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
427         do {
428         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
429 }
430
431 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
432 {
433         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
434                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
435                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
436
437         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
438                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
439 }
440
441 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
442 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
443 {
444         int ret;
445         unsigned seq;
446         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
447         unsigned long sp, start_pfn;
448
449         do {
450                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
451                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
452                 sp = zone->spanned_pages;
453                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
454         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
455
456         if (ret)
457                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
458                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
459                         start_pfn, start_pfn + sp);
460
461         return ret;
462 }
463
464 /*
465  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
466  */
467 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
470                 return 1;
471         if (zone != page_zone(page))
472                 return 1;
473
474         return 0;
475 }
476 #else
477 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
478 {
479         return 0;
480 }
481 #endif
482
483 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
484 {
485         static unsigned long resume;
486         static unsigned long nr_shown;
487         static unsigned long nr_unshown;
488
489         /*
490          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
491          * or allow a steady drip of one report per second.
492          */
493         if (nr_shown == 60) {
494                 if (time_before(jiffies, resume)) {
495                         nr_unshown++;
496                         goto out;
497                 }
498                 if (nr_unshown) {
499                         pr_alert(
500                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
501                                 nr_unshown);
502                         nr_unshown = 0;
503                 }
504                 nr_shown = 0;
505         }
506         if (nr_shown++ == 0)
507                 resume = jiffies + 60 * HZ;
508
509         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
510                 current->comm, page_to_pfn(page));
511         dump_page(page, reason);
512
513         print_modules();
514         dump_stack();
515 out:
516         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
517         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
518         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
519 }
520
521 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
522 {
523 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
524         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
525                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
526                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
527         }
528 #else
529         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
530 #endif
531
532         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
533 }
534
535 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
536 {
537         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
538
539 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
540         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
541                 order = pageblock_order;
542 #else
543         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
544 #endif
545
546         return order;
547 }
548
549 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
550 {
551         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
552                 return true;
553 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
554         if (order == pageblock_order)
555                 return true;
556 #endif
557         return false;
558 }
559
560 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
561 {
562         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
563                 free_unref_page(page, order);
564         else
565                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
566 }
567
568 /*
569  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
570  *
571  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
572  *
573  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
574  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
577  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
578  */
579
580 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
581 {
582         int i;
583         int nr_pages = 1 << order;
584
585         __SetPageHead(page);
586         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
587                 prep_compound_tail(page, i);
588
589         prep_compound_head(page, order);
590 }
591
592 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
593 {
594         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
595                 free_huge_folio(folio);
596                 return;
597         }
598
599         if (folio_test_large_rmappable(folio))
600                 folio_undo_large_rmappable(folio);
601
602         mem_cgroup_uncharge(folio);
603         free_the_page(&folio->page, folio_order(folio));
604 }
605
606 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
607 {
608         set_page_private(page, order);
609         __SetPageBuddy(page);
610 }
611
612 #ifdef CONFIG_COMPACTION
613 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
614 {
615         struct capture_control *capc = current->capture_control;
616
617         return unlikely(capc) &&
618                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
619                 !capc->page &&
620                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
621 }
622
623 static inline bool
624 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
625                    int order, int migratetype)
626 {
627         if (!capc || order != capc->cc->order)
628                 return false;
629
630         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
631         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
632             is_migrate_isolate(migratetype))
633                 return false;
634
635         /*
636          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
637          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
638          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
639          * have trouble finding a high-order free page.
640          */
641         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
642                 return false;
643
644         capc->page = page;
645         return true;
646 }
647
648 #else
649 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
650 {
651         return NULL;
652 }
653
654 static inline bool
655 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
656                    int order, int migratetype)
657 {
658         return false;
659 }
660 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
661
662 /* Used for pages not on another list */
663 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
664                                     unsigned int order, int migratetype)
665 {
666         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
667
668         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
669         area->nr_free++;
670 }
671
672 /* Used for pages not on another list */
673 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
674                                          unsigned int order, int migratetype)
675 {
676         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
677
678         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
679         area->nr_free++;
680 }
681
682 /*
683  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
684  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
685  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
686  */
687 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
688                                      unsigned int order, int migratetype)
689 {
690         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
691
692         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
693 }
694
695 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
696                                            unsigned int order)
697 {
698         /* clear reported state and update reported page count */
699         if (page_reported(page))
700                 __ClearPageReported(page);
701
702         list_del(&page->buddy_list);
703         __ClearPageBuddy(page);
704         set_page_private(page, 0);
705         zone->free_area[order].nr_free--;
706 }
707
708 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
709                                             int migratetype)
710 {
711         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
712                                         struct page, buddy_list);
713 }
714
715 /*
716  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
717  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
718  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
719  * that is happening, add the free page to the tail of the list
720  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
721  * as a higher order page
722  */
723 static inline bool
724 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
725                    struct page *page, unsigned int order)
726 {
727         unsigned long higher_page_pfn;
728         struct page *higher_page;
729
730         if (order >= MAX_ORDER - 1)
731                 return false;
732
733         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
734         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
735
736         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
737                         NULL) != NULL;
738 }
739
740 /*
741  * Freeing function for a buddy system allocator.
742  *
743  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
744  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
745  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
746  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
747  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
748  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
749  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
750  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
751  * parts of the VM system.
752  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
753  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
754  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
755  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
756  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
757  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
758  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
759  * triggers coalescing into a block of larger size.
760  *
761  * -- nyc
762  */
763
764 static inline void __free_one_page(struct page *page,
765                 unsigned long pfn,
766                 struct zone *zone, unsigned int order,
767                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
768 {
769         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
770         unsigned long buddy_pfn = 0;
771         unsigned long combined_pfn;
772         struct page *buddy;
773         bool to_tail;
774
775         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
776         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
777
778         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
779         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
780                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
781
782         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
783         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
784
785         while (order < MAX_ORDER) {
786                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
787                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
788                                                                 migratetype);
789                         return;
790                 }
791
792                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
793                 if (!buddy)
794                         goto done_merging;
795
796                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
797                         /*
798                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
799                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
800                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
801                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
802                          */
803                         int buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
804
805                         if (migratetype != buddy_mt
806                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
807                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
808                                 goto done_merging;
809                 }
810
811                 /*
812                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
813                  * merge with it and move up one order.
814                  */
815                 if (page_is_guard(buddy))
816                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
817                 else
818                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
819                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
820                 page = page + (combined_pfn - pfn);
821                 pfn = combined_pfn;
822                 order++;
823         }
824
825 done_merging:
826         set_buddy_order(page, order);
827
828         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
829                 to_tail = true;
830         else if (is_shuffle_order(order))
831                 to_tail = shuffle_pick_tail();
832         else
833                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
834
835         if (to_tail)
836                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
837         else
838                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
839
840         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
841         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
842                 page_reporting_notify_free(order);
843 }
844
845 /**
846  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
847  * @free_page:          the original free page
848  * @order:              the order of the page
849  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
850  *
851  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
852  *
853  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
854  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
855  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
856  * nothing.
857  */
858 int split_free_page(struct page *free_page,
859                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
860 {
861         struct zone *zone = page_zone(free_page);
862         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
863         unsigned long pfn;
864         unsigned long flags;
865         int free_page_order;
866         int mt;
867         int ret = 0;
868
869         if (split_pfn_offset == 0)
870                 return ret;
871
872         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
873
874         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
875                 ret = -ENOENT;
876                 goto out;
877         }
878
879         mt = get_pfnblock_migratetype(free_page, free_page_pfn);
880         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
881                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
882
883         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
884         for (pfn = free_page_pfn;
885              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
886                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
887
888                 free_page_order = min_t(unsigned int,
889                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
890                                         __fls(split_pfn_offset));
891                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
892                                 mt, FPI_NONE);
893                 pfn += 1UL << free_page_order;
894                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
895                 /* we have done the first part, now switch to second part */
896                 if (split_pfn_offset == 0)
897                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
898         }
899 out:
900         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
901         return ret;
902 }
903 /*
904  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
905  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
906  * check if necessary.
907  */
908 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
909                                         unsigned long check_flags)
910 {
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 return false;
913
914         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
915                         page_ref_count(page) |
916 #ifdef CONFIG_MEMCG
917                         page->memcg_data |
918 #endif
919                         (page->flags & check_flags)))
920                 return false;
921
922         return true;
923 }
924
925 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
926 {
927         const char *bad_reason = NULL;
928
929         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
930                 bad_reason = "nonzero mapcount";
931         if (unlikely(page->mapping != NULL))
932                 bad_reason = "non-NULL mapping";
933         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
934                 bad_reason = "nonzero _refcount";
935         if (unlikely(page->flags & flags)) {
936                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
937                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
938                 else
939                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
940         }
941 #ifdef CONFIG_MEMCG
942         if (unlikely(page->memcg_data))
943                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
944 #endif
945         return bad_reason;
946 }
947
948 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
949 {
950         bad_page(page,
951                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
952 }
953
954 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
955 {
956         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
957                 return false;
958
959         /* Something has gone sideways, find it */
960         free_page_is_bad_report(page);
961         return true;
962 }
963
964 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
965 {
966         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
967 }
968
969 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
970 {
971         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
972         int ret = 1;
973
974         /*
975          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
976          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
977          */
978         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
979
980         if (!is_check_pages_enabled()) {
981                 ret = 0;
982                 goto out;
983         }
984         switch (page - head_page) {
985         case 1:
986                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
987                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
988                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
989                         goto out;
990                 }
991                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
992                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
993                         goto out;
994                 }
995                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
996                         bad_page(page, "nonzero pincount");
997                         goto out;
998                 }
999                 break;
1000         case 2:
1001                 /*
1002                  * the second tail page: ->mapping is
1003                  * deferred_list.next -- ignore value.
1004                  */
1005                 break;
1006         default:
1007                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1008                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1009                         goto out;
1010                 }
1011                 break;
1012         }
1013         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1014                 bad_page(page, "PageTail not set");
1015                 goto out;
1016         }
1017         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1018                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1019                 goto out;
1020         }
1021         ret = 0;
1022 out:
1023         page->mapping = NULL;
1024         clear_compound_head(page);
1025         return ret;
1026 }
1027
1028 /*
1029  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1030  *
1031  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1032  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1033  *    using page tags instead (see below).
1034  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1035  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1036  *
1037  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1038  *
1039  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1040  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1041  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1042  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1043  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1044  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1045  *
1046  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1047  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1048  * initialization is done with interrupt disabled.
1049  *
1050  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1051  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1052  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1053  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1054  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1055  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1056  */
1057 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1058 {
1059         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1060                 return deferred_pages_enabled();
1061
1062         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1063 }
1064
1065 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1066 {
1067         int i;
1068
1069         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1070         kasan_disable_current();
1071         for (i = 0; i < numpages; i++)
1072                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1073         kasan_enable_current();
1074 }
1075
1076 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1077                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1078 {
1079         int bad = 0;
1080         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1081         bool init = want_init_on_free();
1082         bool compound = PageCompound(page);
1083
1084         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1085
1086         trace_mm_page_free(page, order);
1087         kmsan_free_page(page, order);
1088
1089         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1090                 /*
1091                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1092                  * Untie memcg state and reset page's owner
1093                  */
1094                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1095                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1096                 reset_page_owner(page, order);
1097                 page_table_check_free(page, order);
1098                 return false;
1099         }
1100
1101         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1102
1103         /*
1104          * Check tail pages before head page information is cleared to
1105          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1106          */
1107         if (unlikely(order)) {
1108                 int i;
1109
1110                 if (compound)
1111                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1112                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1113                         if (compound)
1114                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1115                         if (is_check_pages_enabled()) {
1116                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1117                                         bad++;
1118                                         continue;
1119                                 }
1120                         }
1121                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1122                 }
1123         }
1124         if (PageMappingFlags(page))
1125                 page->mapping = NULL;
1126         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1127                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1128         if (is_check_pages_enabled()) {
1129                 if (free_page_is_bad(page))
1130                         bad++;
1131                 if (bad)
1132                         return false;
1133         }
1134
1135         page_cpupid_reset_last(page);
1136         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1137         reset_page_owner(page, order);
1138         page_table_check_free(page, order);
1139
1140         if (!PageHighMem(page)) {
1141                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1142                                            PAGE_SIZE << order);
1143                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1144                                            PAGE_SIZE << order);
1145         }
1146
1147         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1148
1149         /*
1150          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1151          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1152          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1153          *
1154          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1155          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1156          */
1157         if (!skip_kasan_poison) {
1158                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1159
1160                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1161                 if (kasan_has_integrated_init())
1162                         init = false;
1163         }
1164         if (init)
1165                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1166
1167         /*
1168          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1169          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1170          * happen after this.
1171          */
1172         arch_free_page(page, order);
1173
1174         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1175
1176         return true;
1177 }
1178
1179 /*
1180  * Frees a number of pages from the PCP lists
1181  * Assumes all pages on list are in same zone.
1182  * count is the number of pages to free.
1183  */
1184 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1185                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1186                                         int pindex)
1187 {
1188         unsigned long flags;
1189         unsigned int order;
1190         bool isolated_pageblocks;
1191         struct page *page;
1192
1193         /*
1194          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1195          * below while (list_empty(list)) loop.
1196          */
1197         count = min(pcp->count, count);
1198
1199         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1200         pindex = pindex - 1;
1201
1202         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1203         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1204
1205         while (count > 0) {
1206                 struct list_head *list;
1207                 int nr_pages;
1208
1209                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1210                 do {
1211                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1212                                 pindex = 0;
1213                         list = &pcp->lists[pindex];
1214                 } while (list_empty(list));
1215
1216                 order = pindex_to_order(pindex);
1217                 nr_pages = 1 << order;
1218                 do {
1219                         int mt;
1220
1221                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1222                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1223
1224                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1225                         list_del(&page->pcp_list);
1226                         count -= nr_pages;
1227                         pcp->count -= nr_pages;
1228
1229                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1230                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1231                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1232                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1233                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1234
1235                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1236                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1237                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1238         }
1239
1240         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1241 }
1242
1243 static void free_one_page(struct zone *zone,
1244                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1245                                 unsigned int order,
1246                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1247 {
1248         unsigned long flags;
1249
1250         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1251         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1252                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1253                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1254         }
1255         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1256         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1257 }
1258
1259 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1260                             fpi_t fpi_flags)
1261 {
1262         unsigned long flags;
1263         int migratetype;
1264         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1265         struct zone *zone = page_zone(page);
1266
1267         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1268                 return;
1269
1270         /*
1271          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1272          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1273          * This will reduce the lock holding time.
1274          */
1275         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1276
1277         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1278         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1279                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1280                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1281         }
1282         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1283         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1284
1285         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1286 }
1287
1288 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1289 {
1290         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1291         struct page *p = page;
1292         unsigned int loop;
1293
1294         /*
1295          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1296          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1297          * refcount of all involved pages to 0.
1298          */
1299         prefetchw(p);
1300         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1301                 prefetchw(p + 1);
1302                 __ClearPageReserved(p);
1303                 set_page_count(p, 0);
1304         }
1305         __ClearPageReserved(p);
1306         set_page_count(p, 0);
1307
1308         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1309
1310         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1311                 if (order == MAX_ORDER && __free_unaccepted(page))
1312                         return;
1313
1314                 accept_page(page, order);
1315         }
1316
1317         /*
1318          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1319          * relevant for memory onlining.
1320          */
1321         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1322 }
1323
1324 /*
1325  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1326  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1327  * with the migration of free compaction scanner.
1328  *
1329  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1330  *
1331  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1332  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1333  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1334  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1335  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1336  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1337  * page in a pageblock.
1338  *
1339  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1340  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1341  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1342  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1343  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1344  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1345  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1346  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1347  */
1348 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1349                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1350 {
1351         struct page *start_page;
1352         struct page *end_page;
1353
1354         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1355         end_pfn--;
1356
1357         if (!pfn_valid(end_pfn))
1358                 return NULL;
1359
1360         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1361         if (!start_page)
1362                 return NULL;
1363
1364         if (page_zone(start_page) != zone)
1365                 return NULL;
1366
1367         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1368
1369         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1370         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1371                 return NULL;
1372
1373         return start_page;
1374 }
1375
1376 /*
1377  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1378  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1379  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1380  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1381  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1382  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1383  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1384  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1385  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1386  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1387  *
1388  * -- nyc
1389  */
1390 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1391         int low, int high, int migratetype)
1392 {
1393         unsigned long size = 1 << high;
1394
1395         while (high > low) {
1396                 high--;
1397                 size >>= 1;
1398                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1399
1400                 /*
1401                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1402                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1403                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1404                  * pages will stay not present in virtual address space
1405                  */
1406                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1407                         continue;
1408
1409                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1410                 set_buddy_order(&page[size], high);
1411         }
1412 }
1413
1414 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1415 {
1416         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1417                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1418                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1419                 return;
1420         }
1421
1422         bad_page(page,
1423                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1424 }
1425
1426 /*
1427  * This page is about to be returned from the page allocator
1428  */
1429 static int check_new_page(struct page *page)
1430 {
1431         if (likely(page_expected_state(page,
1432                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1433                 return 0;
1434
1435         check_new_page_bad(page);
1436         return 1;
1437 }
1438
1439 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1440 {
1441         if (is_check_pages_enabled()) {
1442                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1443                         struct page *p = page + i;
1444
1445                         if (check_new_page(p))
1446                                 return true;
1447                 }
1448         }
1449
1450         return false;
1451 }
1452
1453 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1454 {
1455         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1456         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1457             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1458                 return false;
1459
1460         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1461         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1462                 return true;
1463
1464         /*
1465          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1466          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1467          */
1468         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1469 }
1470
1471 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1472 {
1473         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1474         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1475                 return false;
1476
1477         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1478         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1479 }
1480
1481 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1482                                 gfp_t gfp_flags)
1483 {
1484         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1485                         !should_skip_init(gfp_flags);
1486         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1487         int i;
1488
1489         set_page_private(page, 0);
1490         set_page_refcounted(page);
1491
1492         arch_alloc_page(page, order);
1493         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1494
1495         /*
1496          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1497          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1498          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1499          */
1500         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1501
1502         /*
1503          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1504          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1505          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1506          */
1507
1508         /*
1509          * If memory tags should be zeroed
1510          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1511          */
1512         if (zero_tags) {
1513                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1514                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1515                         tag_clear_highpage(page + i);
1516
1517                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1518                 init = false;
1519         }
1520         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1521             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1522                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1523                 if (kasan_has_integrated_init())
1524                         init = false;
1525         } else {
1526                 /*
1527                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1528                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1529                  */
1530                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1531                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1532         }
1533         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1534         if (init)
1535                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1536
1537         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1538         page_table_check_alloc(page, order);
1539 }
1540
1541 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1542                                                         unsigned int alloc_flags)
1543 {
1544         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1545
1546         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1547                 prep_compound_page(page, order);
1548
1549         /*
1550          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1551          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1552          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1553          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1554          */
1555         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1556                 set_page_pfmemalloc(page);
1557         else
1558                 clear_page_pfmemalloc(page);
1559 }
1560
1561 /*
1562  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1563  * the smallest available page from the freelists
1564  */
1565 static __always_inline
1566 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1567                                                 int migratetype)
1568 {
1569         unsigned int current_order;
1570         struct free_area *area;
1571         struct page *page;
1572
1573         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1574         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1575                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1576                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1577                 if (!page)
1578                         continue;
1579                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1580                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1581                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1582                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1583                                 pcp_allowed_order(order) &&
1584                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1585                 return page;
1586         }
1587
1588         return NULL;
1589 }
1590
1591
1592 /*
1593  * This array describes the order lists are fallen back to when
1594  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1595  *
1596  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1597  */
1598 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1599         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1600         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1601         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1602 };
1603
1604 #ifdef CONFIG_CMA
1605 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1606                                         unsigned int order)
1607 {
1608         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1609 }
1610 #else
1611 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1612                                         unsigned int order) { return NULL; }
1613 #endif
1614
1615 /*
1616  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1617  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1618  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1619  */
1620 static int move_freepages(struct zone *zone,
1621                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1622                           int migratetype, int *num_movable)
1623 {
1624         struct page *page;
1625         unsigned long pfn;
1626         unsigned int order;
1627         int pages_moved = 0;
1628
1629         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1630                 page = pfn_to_page(pfn);
1631                 if (!PageBuddy(page)) {
1632                         /*
1633                          * We assume that pages that could be isolated for
1634                          * migration are movable. But we don't actually try
1635                          * isolating, as that would be expensive.
1636                          */
1637                         if (num_movable &&
1638                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1639                                 (*num_movable)++;
1640                         pfn++;
1641                         continue;
1642                 }
1643
1644                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1645                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1646                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1647
1648                 order = buddy_order(page);
1649                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1650                 pfn += 1 << order;
1651                 pages_moved += 1 << order;
1652         }
1653
1654         return pages_moved;
1655 }
1656
1657 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1658                                 int migratetype, int *num_movable)
1659 {
1660         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1661
1662         if (num_movable)
1663                 *num_movable = 0;
1664
1665         pfn = page_to_pfn(page);
1666         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1667         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1668
1669         /* Do not cross zone boundaries */
1670         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1671                 start_pfn = pfn;
1672         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1673                 return 0;
1674
1675         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1676                                                                 num_movable);
1677 }
1678
1679 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1680                                         int start_order, int migratetype)
1681 {
1682         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1683
1684         while (nr_pageblocks--) {
1685                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1686                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1687         }
1688 }
1689
1690 /*
1691  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1692  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1693  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1694  *
1695  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1696  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1697  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1698  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1699  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1700  * pageblocks.
1701  */
1702 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1703 {
1704         /*
1705          * Leaving this order check is intended, although there is
1706          * relaxed order check in next check. The reason is that
1707          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1708          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1709          * so could be changed anytime.
1710          */
1711         if (order >= pageblock_order)
1712                 return true;
1713
1714         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1715                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1716                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1717                 page_group_by_mobility_disabled)
1718                 return true;
1719
1720         return false;
1721 }
1722
1723 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1724 {
1725         unsigned long max_boost;
1726
1727         if (!watermark_boost_factor)
1728                 return false;
1729         /*
1730          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1731          * On small machines, including kdump capture kernels running
1732          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1733          * memory situation immediately.
1734          */
1735         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1736                 return false;
1737
1738         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1739                         watermark_boost_factor, 10000);
1740
1741         /*
1742          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1743          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1744          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1745          * allocations that early means that reclaim is not going
1746          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1747          * boosted watermark resulting in a hang.
1748          */
1749         if (!max_boost)
1750                 return false;
1751
1752         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1753
1754         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1755                 max_boost);
1756
1757         return true;
1758 }
1759
1760 /*
1761  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1762  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1763  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1764  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1765  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1766  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1767  */
1768 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1769                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1770 {
1771         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1772         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1773         int old_block_type;
1774
1775         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1776
1777         /*
1778          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1779          * highatomic accounting.
1780          */
1781         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1782                 goto single_page;
1783
1784         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1785         if (current_order >= pageblock_order) {
1786                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1787                 goto single_page;
1788         }
1789
1790         /*
1791          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1792          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1793          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1794          */
1795         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1796                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1797
1798         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1799         if (!whole_block)
1800                 goto single_page;
1801
1802         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1803                                                 &movable_pages);
1804         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1805         if (!free_pages)
1806                 goto single_page;
1807
1808         /*
1809          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1810          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1811          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1812          */
1813         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1814                 alike_pages = movable_pages;
1815         } else {
1816                 /*
1817                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1818                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1819                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1820                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1821                  * exact migratetype of non-movable pages.
1822                  */
1823                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1824                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1825                                                 - (free_pages + movable_pages);
1826                 else
1827                         alike_pages = 0;
1828         }
1829         /*
1830          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1831          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1832          */
1833         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1834                         page_group_by_mobility_disabled)
1835                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1836
1837         return;
1838
1839 single_page:
1840         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1841 }
1842
1843 /*
1844  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1845  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1846  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1847  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1848  */
1849 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1850                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1851 {
1852         int i;
1853         int fallback_mt;
1854
1855         if (area->nr_free == 0)
1856                 return -1;
1857
1858         *can_steal = false;
1859         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1860                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1861                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1862                         continue;
1863
1864                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1865                         *can_steal = true;
1866
1867                 if (!only_stealable)
1868                         return fallback_mt;
1869
1870                 if (*can_steal)
1871                         return fallback_mt;
1872         }
1873
1874         return -1;
1875 }
1876
1877 /*
1878  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1879  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1880  */
1881 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1882 {
1883         int mt;
1884         unsigned long max_managed, flags;
1885
1886         /*
1887          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1888          * Check is race-prone but harmless.
1889          */
1890         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
1891         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1892                 return;
1893
1894         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1895
1896         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1897         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1898                 goto out_unlock;
1899
1900         /* Yoink! */
1901         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1902         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1903         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1904                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1905                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1906                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1907         }
1908
1909 out_unlock:
1910         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1911 }
1912
1913 /*
1914  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1915  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1916  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1917  * to recover from than an OOM.
1918  *
1919  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1920  * pageblock is exhausted.
1921  */
1922 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1923                                                 bool force)
1924 {
1925         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1926         unsigned long flags;
1927         struct zoneref *z;
1928         struct zone *zone;
1929         struct page *page;
1930         int order;
1931         bool ret;
1932
1933         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1934                                                                 ac->nodemask) {
1935                 /*
1936                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1937                  * is really high.
1938                  */
1939                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1940                                         pageblock_nr_pages)
1941                         continue;
1942
1943                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1944                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
1945                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1946
1947                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1948                         if (!page)
1949                                 continue;
1950
1951                         /*
1952                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1953                          * we can counter several free pages in a pageblock
1954                          * in this loop although we changed the pageblock type
1955                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1956                          * adjust the count once.
1957                          */
1958                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1959                                 /*
1960                                  * It should never happen but changes to
1961                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1962                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1963                                  * while unreserving so be safe and watch for
1964                                  * underflows.
1965                                  */
1966                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1967                                                 pageblock_nr_pages,
1968                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1969                         }
1970
1971                         /*
1972                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1973                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1974                          * is doing the work and needs the pages. More
1975                          * importantly, if the block was always converted to
1976                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1977                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1978                          * may increase.
1979                          */
1980                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1981                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
1982                                                                         NULL);
1983                         if (ret) {
1984                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1985                                 return ret;
1986                         }
1987                 }
1988                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1989         }
1990
1991         return false;
1992 }
1993
1994 /*
1995  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
1996  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
1997  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
1998  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
1999  *
2000  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2001  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2002  * condition simpler.
2003  */
2004 static __always_inline bool
2005 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2006                                                 unsigned int alloc_flags)
2007 {
2008         struct free_area *area;
2009         int current_order;
2010         int min_order = order;
2011         struct page *page;
2012         int fallback_mt;
2013         bool can_steal;
2014
2015         /*
2016          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2017          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2018          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2019          */
2020         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2021                 min_order = pageblock_order;
2022
2023         /*
2024          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2025          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2026          * would be too costly to do exactly.
2027          */
2028         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2029                                 --current_order) {
2030                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2031                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2032                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2033                 if (fallback_mt == -1)
2034                         continue;
2035
2036                 /*
2037                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2038                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2039                  * steal and split the smallest available page instead of the
2040                  * largest available page, because even if the next movable
2041                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2042                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2043                  */
2044                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2045                                         && current_order > order)
2046                         goto find_smallest;
2047
2048                 goto do_steal;
2049         }
2050
2051         return false;
2052
2053 find_smallest:
2054         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2055                                                         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_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, FPI_NONE))
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 list of 0-order pages
2520  */
2521 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2522 {
2523         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2524         struct page *page, *next;
2525         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2526         struct zone *locked_zone = NULL;
2527         int batch_count = 0;
2528         int migratetype;
2529
2530         /* Prepare pages for freeing */
2531         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2532                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2533                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2534                         list_del(&page->lru);
2535                         continue;
2536                 }
2537
2538                 /*
2539                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2540                  * comment in free_unref_page.
2541                  */
2542                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2543                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2544                         list_del(&page->lru);
2545                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2546                         continue;
2547                 }
2548         }
2549
2550         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2551                 struct zone *zone = page_zone(page);
2552
2553                 list_del(&page->lru);
2554                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2555
2556                 /*
2557                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2558                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2559                  * pages.
2560                  */
2561                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2562                         if (pcp) {
2563                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2564                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2565                         }
2566
2567                         batch_count = 0;
2568
2569                         /*
2570                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2571                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2572                          */
2573                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2574                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2575                         if (unlikely(!pcp)) {
2576                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2577                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2578                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2579                                 locked_zone = NULL;
2580                                 continue;
2581                         }
2582                         locked_zone = zone;
2583                 }
2584
2585                 /*
2586                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2587                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2588                  */
2589                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2590                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2591
2592                 trace_mm_page_free_batched(page);
2593                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2594                 batch_count++;
2595         }
2596
2597         if (pcp) {
2598                 pcp_spin_unlock(pcp);
2599                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2600         }
2601 }
2602
2603 /*
2604  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2605  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2606  * Each sub-page must be freed individually.
2607  *
2608  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2609  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2610  */
2611 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2612 {
2613         int i;
2614
2615         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2616         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2617
2618         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2619                 set_page_refcounted(page + i);
2620         split_page_owner(page, 1 << order);
2621         split_page_memcg(page, 1 << order);
2622 }
2623 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2624
2625 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2626 {
2627         struct zone *zone = page_zone(page);
2628         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2629
2630         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2631                 unsigned long watermark;
2632                 /*
2633                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2634                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2635                  * watermark, because we already know our high-order page
2636                  * exists.
2637                  */
2638                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2639                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2640                         return 0;
2641
2642                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2643         }
2644
2645         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2646
2647         /*
2648          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2649          * pageblock
2650          */
2651         if (order >= pageblock_order - 1) {
2652                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2653                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2654                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2655                         /*
2656                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2657                          * with others)
2658                          */
2659                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2660                                 set_pageblock_migratetype(page,
2661                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2662                 }
2663         }
2664
2665         return 1UL << order;
2666 }
2667
2668 /**
2669  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2670  * @page: Page that was isolated
2671  * @order: Order of the isolated page
2672  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2673  *
2674  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2675  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2676  */
2677 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2678 {
2679         struct zone *zone = page_zone(page);
2680
2681         /* zone lock should be held when this function is called */
2682         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2683
2684         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2685         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2686                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2687 }
2688
2689 /*
2690  * Update NUMA hit/miss statistics
2691  */
2692 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2693                                    long nr_account)
2694 {
2695 #ifdef CONFIG_NUMA
2696         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2697
2698         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2699         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2700                 return;
2701
2702         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2703                 local_stat = NUMA_OTHER;
2704
2705         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2706                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2707         else {
2708                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2709                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2710         }
2711         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2712 #endif
2713 }
2714
2715 static __always_inline
2716 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2717                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2718                            int migratetype)
2719 {
2720         struct page *page;
2721         unsigned long flags;
2722
2723         do {
2724                 page = NULL;
2725                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2726                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2727                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2728                 if (!page) {
2729                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2730
2731                         /*
2732                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2733                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2734                          * failing a high-order atomic allocation in the
2735                          * future.
2736                          */
2737                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2738                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2739
2740                         if (!page) {
2741                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2742                                 return NULL;
2743                         }
2744                 }
2745                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2746                                           get_pcppage_migratetype(page));
2747                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2748         } while (check_new_pages(page, order));
2749
2750         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2751         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2752
2753         return page;
2754 }
2755
2756 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2757 {
2758         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2759         int high_max, high_min;
2760
2761         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2762         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2763         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2764         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2765
2766         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2767         if (unlikely(high < base_batch))
2768                 return 1;
2769
2770         if (order)
2771                 batch = base_batch;
2772         else
2773                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2774
2775         /*
2776          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2777          * zone.
2778          */
2779         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2780                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2781
2782         if (!order) {
2783                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2784                 /*
2785                  * Double the number of pages allocated each time there is
2786                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2787                  */
2788                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2789                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2790                         pcp->alloc_factor++;
2791                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2792         }
2793
2794         /*
2795          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2796          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2797          * for boot pagesets which should never store free pages as
2798          * the pages may belong to arbitrary zones.
2799          */
2800         if (batch > 1)
2801                 batch = max(batch >> order, 2);
2802
2803         return batch;
2804 }
2805
2806 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2807 static inline
2808 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2809                         int migratetype,
2810                         unsigned int alloc_flags,
2811                         struct per_cpu_pages *pcp,
2812                         struct list_head *list)
2813 {
2814         struct page *page;
2815
2816         do {
2817                 if (list_empty(list)) {
2818                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2819                         int alloced;
2820
2821                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2822                                         batch, list,
2823                                         migratetype, alloc_flags);
2824
2825                         pcp->count += alloced << order;
2826                         if (unlikely(list_empty(list)))
2827                                 return NULL;
2828                 }
2829
2830                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2831                 list_del(&page->pcp_list);
2832                 pcp->count -= 1 << order;
2833         } while (check_new_pages(page, order));
2834
2835         return page;
2836 }
2837
2838 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2839 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2840                         struct zone *zone, unsigned int order,
2841                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2842 {
2843         struct per_cpu_pages *pcp;
2844         struct list_head *list;
2845         struct page *page;
2846         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2847
2848         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2849         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2850         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2851         if (!pcp) {
2852                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2853                 return NULL;
2854         }
2855
2856         /*
2857          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2858          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2859          * frees.
2860          */
2861         pcp->free_count >>= 1;
2862         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2863         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2864         pcp_spin_unlock(pcp);
2865         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2866         if (page) {
2867                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2868                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2869         }
2870         return page;
2871 }
2872
2873 /*
2874  * Allocate a page from the given zone.
2875  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2876  */
2877
2878 /*
2879  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2880  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2881  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2882  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2883  */
2884 __no_sanitize_memory
2885 static inline
2886 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2887                         struct zone *zone, unsigned int order,
2888                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2889                         int migratetype)
2890 {
2891         struct page *page;
2892
2893         /*
2894          * We most definitely don't want callers attempting to
2895          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2896          */
2897         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2898
2899         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2900                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2901                                        migratetype, alloc_flags);
2902                 if (likely(page))
2903                         goto out;
2904         }
2905
2906         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2907                                                         migratetype);
2908
2909 out:
2910         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2911         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2912             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2913                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2914                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2915         }
2916
2917         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2918         return page;
2919 }
2920
2921 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2922 {
2923         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2924 }
2925 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2926
2927 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2928                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2929 {
2930         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2931
2932         /*
2933          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2934          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2935          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2936          */
2937         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2938                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2939
2940 #ifdef CONFIG_CMA
2941         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2942         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2943                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2944 #endif
2945 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2946         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2947 #endif
2948
2949         return unusable_free;
2950 }
2951
2952 /*
2953  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2954  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2955  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2956  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2957  */
2958 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2959                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2960                          long free_pages)
2961 {
2962         long min = mark;
2963         int o;
2964
2965         /* free_pages may go negative - that's OK */
2966         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2967
2968         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2969                 /*
2970                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2971                  * as OOM.
2972                  */
2973                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2974                         min -= min / 2;
2975
2976                         /*
2977                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2978                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2979                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2980                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2981                          * access to the min reserve.
2982                          */
2983                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2984                                 min -= min / 4;
2985                 }
2986
2987                 /*
2988                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2989                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2990                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2991                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2992                  */
2993                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2994                         min -= min / 2;
2995         }
2996
2997         /*
2998          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2999          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3000          * even if a suitable page happened to be free.
3001          */
3002         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3003                 return false;
3004
3005         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3006         if (!order)
3007                 return true;
3008
3009         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3010         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
3011                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3012                 int mt;
3013
3014                 if (!area->nr_free)
3015                         continue;
3016
3017                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3018                         if (!free_area_empty(area, mt))
3019                                 return true;
3020                 }
3021
3022 #ifdef CONFIG_CMA
3023                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3024                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3025                         return true;
3026                 }
3027 #endif
3028                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3029                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3030                         return true;
3031                 }
3032         }
3033         return false;
3034 }
3035
3036 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3037                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3038 {
3039         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3040                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3041 }
3042
3043 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3044                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3045                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3046 {
3047         long free_pages;
3048
3049         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3050
3051         /*
3052          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3053          * need to be calculated.
3054          */
3055         if (!order) {
3056                 long usable_free;
3057                 long reserved;
3058
3059                 usable_free = free_pages;
3060                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3061
3062                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3063                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3064                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3065                         return true;
3066         }
3067
3068         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3069                                         free_pages))
3070                 return true;
3071
3072         /*
3073          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3074          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3075          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3076          * when below the low watermark.
3077          */
3078         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3079                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3080                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3081                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3082                                         alloc_flags, free_pages);
3083         }
3084
3085         return false;
3086 }
3087
3088 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3089                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3090 {
3091         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3092
3093         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3094                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3095
3096         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3097                                                                 free_pages);
3098 }
3099
3100 #ifdef CONFIG_NUMA
3101 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3102
3103 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3104 {
3105         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3106                                 node_reclaim_distance;
3107 }
3108 #else   /* CONFIG_NUMA */
3109 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3110 {
3111         return true;
3112 }
3113 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3114
3115 /*
3116  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3117  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3118  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3119  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3120  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3121  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3122  */
3123 static inline unsigned int
3124 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3125 {
3126         unsigned int alloc_flags;
3127
3128         /*
3129          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3130          * to save a branch.
3131          */
3132         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3133
3134 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3135         if (!zone)
3136                 return alloc_flags;
3137
3138         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3139                 return alloc_flags;
3140
3141         /*
3142          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3143          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3144          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3145          */
3146         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3147         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3148                 return alloc_flags;
3149
3150         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3151 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3152         return alloc_flags;
3153 }
3154
3155 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3156 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3157                                                   unsigned int alloc_flags)
3158 {
3159 #ifdef CONFIG_CMA
3160         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3161                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3162 #endif
3163         return alloc_flags;
3164 }
3165
3166 /*
3167  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3168  * a page.
3169  */
3170 static struct page *
3171 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3172                                                 const struct alloc_context *ac)
3173 {
3174         struct zoneref *z;
3175         struct zone *zone;
3176         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3177         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3178         bool no_fallback;
3179
3180 retry:
3181         /*
3182          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3183          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3184          */
3185         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3186         z = ac->preferred_zoneref;
3187         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3188                                         ac->nodemask) {
3189                 struct page *page;
3190                 unsigned long mark;
3191
3192                 if (cpusets_enabled() &&
3193                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3194                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3195                                 continue;
3196                 /*
3197                  * When allocating a page cache page for writing, we
3198                  * want to get it from a node that is within its dirty
3199                  * limit, such that no single node holds more than its
3200                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3201                  * The dirty limits take into account the node's
3202                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3203                  * should be able to balance it without having to
3204                  * write pages from its LRU list.
3205                  *
3206                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3207                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3208                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3209                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3210                  * nodes are together not big enough to reach the
3211                  * global limit.  The proper fix for these situations
3212                  * will require awareness of nodes in the
3213                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3214                  */
3215                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3216                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3217                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3218                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3219                         }
3220
3221                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3222                                 continue;
3223                 }
3224
3225                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3226                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3227                         int local_nid;
3228
3229                         /*
3230                          * If moving to a remote node, retry but allow
3231                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3232                          * than fragmentation avoidance.
3233                          */
3234                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3235                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3236                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3237                                 goto retry;
3238                         }
3239                 }
3240
3241                 /*
3242                  * Detect whether the number of free pages is below high
3243                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3244                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3245                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3246                  * avoid to do that in hotter free path.
3247                  */
3248                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3249                         goto check_alloc_wmark;
3250
3251                 mark = high_wmark_pages(zone);
3252                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3253                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3254                                         gfp_mask))
3255                         goto try_this_zone;
3256                 else
3257                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3258
3259 check_alloc_wmark:
3260                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3261                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3262                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3263                                        gfp_mask)) {
3264                         int ret;
3265
3266                         if (has_unaccepted_memory()) {
3267                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3268                                         goto try_this_zone;
3269                         }
3270
3271 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3272                         /*
3273                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3274                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3275                          */
3276                         if (deferred_pages_enabled()) {
3277                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3278                                         goto try_this_zone;
3279                         }
3280 #endif
3281                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3282                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3283                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3284                                 goto try_this_zone;
3285
3286                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3287                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3288                                 continue;
3289
3290                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3291                         switch (ret) {
3292                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3293                                 /* did not scan */
3294                                 continue;
3295                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3296                                 /* scanned but unreclaimable */
3297                                 continue;
3298                         default:
3299                                 /* did we reclaim enough */
3300                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3301                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3302                                         goto try_this_zone;
3303
3304                                 continue;
3305                         }
3306                 }
3307
3308 try_this_zone:
3309                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3310                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3311                 if (page) {
3312                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3313
3314                         /*
3315                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3316                          * if the pageblock should be reserved for the future
3317                          */
3318                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3319                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3320
3321                         return page;
3322                 } else {
3323                         if (has_unaccepted_memory()) {
3324                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3325                                         goto try_this_zone;
3326                         }
3327
3328 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3329                         /* Try again if zone has deferred pages */
3330                         if (deferred_pages_enabled()) {
3331                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3332                                         goto try_this_zone;
3333                         }
3334 #endif
3335                 }
3336         }
3337
3338         /*
3339          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3340          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3341          */
3342         if (no_fallback) {
3343                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3344                 goto retry;
3345         }
3346
3347         return NULL;
3348 }
3349
3350 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3351 {
3352         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3353
3354         /*
3355          * This documents exceptions given to allocations in certain
3356          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3357          * of allowed nodes.
3358          */
3359         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3360                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3361                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3362                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3363         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3364                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3365
3366         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3367 }
3368
3369 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3370 {
3371         struct va_format vaf;
3372         va_list args;
3373         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3374
3375         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3376              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3377              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3378                 return;
3379
3380         va_start(args, fmt);
3381         vaf.fmt = fmt;
3382         vaf.va = &args;
3383         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3384                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3385                         nodemask_pr_args(nodemask));
3386         va_end(args);
3387
3388         cpuset_print_current_mems_allowed();
3389         pr_cont("\n");
3390         dump_stack();
3391         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3392 }
3393
3394 static inline struct page *
3395 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3396                               unsigned int alloc_flags,
3397                               const struct alloc_context *ac)
3398 {
3399         struct page *page;
3400
3401         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3402                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3403         /*
3404          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3405          * are depleted
3406          */
3407         if (!page)
3408                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3409                                 alloc_flags, ac);
3410
3411         return page;
3412 }
3413
3414 static inline struct page *
3415 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3416         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3417 {
3418         struct oom_control oc = {
3419                 .zonelist = ac->zonelist,
3420                 .nodemask = ac->nodemask,
3421                 .memcg = NULL,
3422                 .gfp_mask = gfp_mask,
3423                 .order = order,
3424         };
3425         struct page *page;
3426
3427         *did_some_progress = 0;
3428
3429         /*
3430          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3431          * making progress for us.
3432          */
3433         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3434                 *did_some_progress = 1;
3435                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3436                 return NULL;
3437         }
3438
3439         /*
3440          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3441          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3442          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3443          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3444          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3445          */
3446         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3447                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3448                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3449         if (page)
3450                 goto out;
3451
3452         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3453         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3454                 goto out;
3455         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3456         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3457                 goto out;
3458         /*
3459          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3460          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3461          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3462          * fallback than shooting a random task.
3463          *
3464          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3465          */
3466         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3467                 goto out;
3468         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3469         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3470                 goto out;
3471         if (pm_suspended_storage())
3472                 goto out;
3473         /*
3474          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3475          * other request to make a forward progress.
3476          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3477          * do much for this context but let's try it to at least get
3478          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3479          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3480          * failures more gracefully we should just bail out here.
3481          */
3482
3483         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3484         if (out_of_memory(&oc) ||
3485             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3486                 *did_some_progress = 1;
3487
3488                 /*
3489                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3490                  * reserves
3491                  */
3492                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3493                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3494                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3495         }
3496 out:
3497         mutex_unlock(&oom_lock);
3498         return page;
3499 }
3500
3501 /*
3502  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3503  * killer is consider as the only way to move forward.
3504  */
3505 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3506
3507 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3508 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3509 static struct page *
3510 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3511                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3512                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3513 {
3514         struct page *page = NULL;
3515         unsigned long pflags;
3516         unsigned int noreclaim_flag;
3517
3518         if (!order)
3519                 return NULL;
3520
3521         psi_memstall_enter(&pflags);
3522         delayacct_compact_start();
3523         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3524
3525         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3526                                                                 prio, &page);
3527
3528         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3529         psi_memstall_leave(&pflags);
3530         delayacct_compact_end();
3531
3532         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3533                 return NULL;
3534         /*
3535          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3536          * count a compaction stall
3537          */
3538         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3539
3540         /* Prep a captured page if available */
3541         if (page)
3542                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3543
3544         /* Try get a page from the freelist if available */
3545         if (!page)
3546                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3547
3548         if (page) {
3549                 struct zone *zone = page_zone(page);
3550
3551                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3552                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3553                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3554                 return page;
3555         }
3556
3557         /*
3558          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3559          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3560          */
3561         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3562
3563         cond_resched();
3564
3565         return NULL;
3566 }
3567
3568 static inline bool
3569 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3570                      enum compact_result compact_result,
3571                      enum compact_priority *compact_priority,
3572                      int *compaction_retries)
3573 {
3574         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3575         int min_priority;
3576         bool ret = false;
3577         int retries = *compaction_retries;
3578         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3579
3580         if (!order)
3581                 return false;
3582
3583         if (fatal_signal_pending(current))
3584                 return false;
3585
3586         /*
3587          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3588          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3589          */
3590         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3591                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3592                 goto out;
3593         }
3594
3595         /*
3596          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3597          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3598          */
3599         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3600                 /*
3601                  * !costly requests are much more important than
3602                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3603                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3604                  * costly can fail and users are ready to cope with
3605                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3606                  * need much more detailed feedback from compaction to
3607                  * make a better decision.
3608                  */
3609                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3610                         max_retries /= 4;
3611
3612                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3613                         ret = true;
3614                         goto out;
3615                 }
3616         }
3617
3618         /*
3619          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3620          */
3621         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3622                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3623
3624         if (*compact_priority > min_priority) {
3625                 (*compact_priority)--;
3626                 *compaction_retries = 0;
3627                 ret = true;
3628         }
3629 out:
3630         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3631         return ret;
3632 }
3633 #else
3634 static inline struct page *
3635 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3636                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3637                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3638 {
3639         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3640         return NULL;
3641 }
3642
3643 static inline bool
3644 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3645                      enum compact_result compact_result,
3646                      enum compact_priority *compact_priority,
3647                      int *compaction_retries)
3648 {
3649         struct zone *zone;
3650         struct zoneref *z;
3651
3652         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3653                 return false;
3654
3655         /*
3656          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3657          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3658          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3659          * watermarks are OK.
3660          */
3661         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3662                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3663                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3664                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3665                         return true;
3666         }
3667         return false;
3668 }
3669 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3670
3671 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3672 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3673         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3674
3675 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3676 {
3677         /* no reclaim without waiting on it */
3678         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3679                 return false;
3680
3681         /* this guy won't enter reclaim */
3682         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3683                 return false;
3684
3685         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3686                 return false;
3687
3688         return true;
3689 }
3690
3691 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3692 {
3693         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3694 }
3695
3696 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3697 {
3698         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3699 }
3700
3701 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3702 {
3703         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3704
3705         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3706                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3707                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3708
3709 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3710                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3711                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3712 #endif
3713
3714         }
3715 }
3716 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3717
3718 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3719 {
3720         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3721
3722         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3723                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3724                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3725         }
3726 }
3727 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3728 #endif
3729
3730 /*
3731  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3732  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3733  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3734  * embedded spin_lock.
3735  */
3736 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3737
3738 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3739 {
3740         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3741                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3742
3743         return 0;
3744 }
3745
3746 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3747 {
3748         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3749                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3750
3751         return seq;
3752 }
3753
3754 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3755 static unsigned long
3756 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3757                                         const struct alloc_context *ac)
3758 {
3759         unsigned int noreclaim_flag;
3760         unsigned long progress;
3761
3762         cond_resched();
3763
3764         /* We now go into synchronous reclaim */
3765         cpuset_memory_pressure_bump();
3766         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3767         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3768
3769         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3770                                                                 ac->nodemask);
3771
3772         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3773         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3774
3775         cond_resched();
3776
3777         return progress;
3778 }
3779
3780 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3781 static inline struct page *
3782 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3783                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3784                 unsigned long *did_some_progress)
3785 {
3786         struct page *page = NULL;
3787         unsigned long pflags;
3788         bool drained = false;
3789
3790         psi_memstall_enter(&pflags);
3791         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3792         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3793                 goto out;
3794
3795 retry:
3796         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3797
3798         /*
3799          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3800          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3801          * Shrink them and try again
3802          */
3803         if (!page && !drained) {
3804                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3805                 drain_all_pages(NULL);
3806                 drained = true;
3807                 goto retry;
3808         }
3809 out:
3810         psi_memstall_leave(&pflags);
3811
3812         return page;
3813 }
3814
3815 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3816                              const struct alloc_context *ac)
3817 {
3818         struct zoneref *z;
3819         struct zone *zone;
3820         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3821         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3822
3823         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3824                                         ac->nodemask) {
3825                 if (!managed_zone(zone))
3826                         continue;
3827                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3828                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3829                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3830                 }
3831         }
3832 }
3833
3834 static inline unsigned int
3835 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3836 {
3837         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3838
3839         /*
3840          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3841          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3842          * to save two branches.
3843          */
3844         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3845         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3846
3847         /*
3848          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3849          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3850          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3851          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3852          */
3853         alloc_flags |= (__force int)
3854                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3855
3856         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3857                 /*
3858                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3859                  * if it can't schedule.
3860                  */
3861                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3862                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3863
3864                         if (order > 0)
3865                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3866                 }
3867
3868                 /*
3869                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3870                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3871                  * cpuset_node_allowed().
3872                  */
3873                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3874                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3875         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3876                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3877
3878         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3879
3880         return alloc_flags;
3881 }
3882
3883 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3884 {
3885         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3886                 return false;
3887
3888         /*
3889          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3890          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3891          */
3892         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3893                 return false;
3894
3895         return true;
3896 }
3897
3898 /*
3899  * Distinguish requests which really need access to full memory
3900  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3901  */
3902 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3903 {
3904         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3905                 return 0;
3906         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3907                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3908         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3909                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3910         if (!in_interrupt()) {
3911                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3912                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3913                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3914                         return ALLOC_OOM;
3915         }
3916
3917         return 0;
3918 }
3919
3920 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3921 {
3922         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3923 }
3924
3925 /*
3926  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3927  * for the given allocation request.
3928  *
3929  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3930  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3931  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3932  *
3933  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3934  */
3935 static inline bool
3936 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3937                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3938                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3939 {
3940         struct zone *zone;
3941         struct zoneref *z;
3942         bool ret = false;
3943
3944         /*
3945          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3946          * their order will become available due to high fragmentation so
3947          * always increment the no progress counter for them
3948          */
3949         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3950                 *no_progress_loops = 0;
3951         else
3952                 (*no_progress_loops)++;
3953
3954         /*
3955          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3956          * several times in the row.
3957          */
3958         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3959                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3960                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
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         return ret;
4005 }
4006
4007 static inline bool
4008 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4009 {
4010         /*
4011          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4012          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4013          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4014          * such a way the check therein was true, and then it became false
4015          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4016          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4017          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4018          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4019          * caller can deal with a violated nodemask.
4020          */
4021         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4022                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4023                 ac->nodemask = NULL;
4024                 return true;
4025         }
4026
4027         /*
4028          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4029          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4030          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4031          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4032          * retry.
4033          */
4034         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4035                 return true;
4036
4037         return false;
4038 }
4039
4040 static inline struct page *
4041 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4042                                                 struct alloc_context *ac)
4043 {
4044         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4045         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4046         struct page *page = NULL;
4047         unsigned int alloc_flags;
4048         unsigned long did_some_progress;
4049         enum compact_priority compact_priority;
4050         enum compact_result compact_result;
4051         int compaction_retries;
4052         int no_progress_loops;
4053         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4054         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4055         int reserve_flags;
4056
4057 restart:
4058         compaction_retries = 0;
4059         no_progress_loops = 0;
4060         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4061         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4062         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4063
4064         /*
4065          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4066          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4067          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4068          */
4069         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4070
4071         /*
4072          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4073          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4074          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4075          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4076          */
4077         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4078                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4079         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4080                 goto nopage;
4081
4082         /*
4083          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4084          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4085          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4086          */
4087         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4088                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4089                                         ac->highest_zoneidx,
4090                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4091                 if (!z->zone)
4092                         goto nopage;
4093         }
4094
4095         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4096                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4097
4098         /*
4099          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4100          * that first
4101          */
4102         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4103         if (page)
4104                 goto got_pg;
4105
4106         /*
4107          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4108          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4109          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4110          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4111          * same migratetype.
4112          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4113          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4114          */
4115         if (can_direct_reclaim &&
4116                         (costly_order ||
4117                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4118                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4119                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4120                                                 alloc_flags, ac,
4121                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4122                                                 &compact_result);
4123                 if (page)
4124                         goto got_pg;
4125
4126                 /*
4127                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4128                  * includes some THP page fault allocations
4129                  */
4130                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4131                         /*
4132                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4133                          * failed because all zones are below low watermarks
4134                          * or is prohibited because it recently failed at this
4135                          * order, fail immediately unless the allocator has
4136                          * requested compaction and reclaim retry.
4137                          *
4138                          * Reclaim is
4139                          *  - potentially very expensive because zones are far
4140                          *    below their low watermarks or this is part of very
4141                          *    bursty high order allocations,
4142                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4143                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4144                          *    linear scan, and
4145                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4146                          *    own.
4147                          */
4148                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4149                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4150                                 goto nopage;
4151
4152                         /*
4153                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4154                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4155                          * using async compaction.
4156                          */
4157                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4158                 }
4159         }
4160
4161 retry:
4162         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4163         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4164                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4165
4166         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4167         if (reserve_flags)
4168                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4169                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4170
4171         /*
4172          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4173          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4174          * user oriented.
4175          */
4176         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4177                 ac->nodemask = NULL;
4178                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4179                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4180         }
4181
4182         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4183         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4184         if (page)
4185                 goto got_pg;
4186
4187         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4188         if (!can_direct_reclaim)
4189                 goto nopage;
4190
4191         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4192         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4193                 goto nopage;
4194
4195         /* Try direct reclaim and then allocating */
4196         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4197                                                         &did_some_progress);
4198         if (page)
4199                 goto got_pg;
4200
4201         /* Try direct compaction and then allocating */
4202         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4203                                         compact_priority, &compact_result);
4204         if (page)
4205                 goto got_pg;
4206
4207         /* Do not loop if specifically requested */
4208         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4209                 goto nopage;
4210
4211         /*
4212          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4213          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4214          */
4215         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4216                 goto nopage;
4217
4218         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4219                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4220                 goto retry;
4221
4222         /*
4223          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4224          * reclaim is not able to make any progress because the current
4225          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4226          * of free memory (see __compaction_suitable)
4227          */
4228         if (did_some_progress > 0 &&
4229                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4230                                 compact_result, &compact_priority,
4231                                 &compaction_retries))
4232                 goto retry;
4233
4234
4235         /*
4236          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4237          * a unnecessary OOM kill.
4238          */
4239         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4240             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4241                 goto restart;
4242
4243         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4244         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4245         if (page)
4246                 goto got_pg;
4247
4248         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4249         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4250             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4251              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4252                 goto nopage;
4253
4254         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4255         if (did_some_progress) {
4256                 no_progress_loops = 0;
4257                 goto retry;
4258         }
4259
4260 nopage:
4261         /*
4262          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4263          * a unnecessary OOM kill.
4264          */
4265         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4266             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4267                 goto restart;
4268
4269         /*
4270          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4271          * we always retry
4272          */
4273         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4274                 /*
4275                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4276                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4277                  */
4278                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4279                         goto fail;
4280
4281                 /*
4282                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4283                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4284                  * for somebody to do a work for us
4285                  */
4286                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4287
4288                 /*
4289                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4290                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4291                  * so that we can identify them and convert them to something
4292                  * else.
4293                  */
4294                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4295
4296                 /*
4297                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4298                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4299                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4300                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4301                  * the situation worse.
4302                  */
4303                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4304                 if (page)
4305                         goto got_pg;
4306
4307                 cond_resched();
4308                 goto retry;
4309         }
4310 fail:
4311         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4312                         "page allocation failure: order:%u", order);
4313 got_pg:
4314         return page;
4315 }
4316
4317 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4318                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4319                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4320                 unsigned int *alloc_flags)
4321 {
4322         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4323         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4324         ac->nodemask = nodemask;
4325         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4326
4327         if (cpusets_enabled()) {
4328                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4329                 /*
4330                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4331                  * to the current task context. It means that any node ok.
4332                  */
4333                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4334                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4335                 else
4336                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4337         }
4338
4339         might_alloc(gfp_mask);
4340
4341         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4342                 return false;
4343
4344         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4345
4346         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4347         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4348
4349         /*
4350          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4351          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4352          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4353          */
4354         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4355                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4356
4357         return true;
4358 }
4359
4360 /*
4361  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4362  * @gfp: GFP flags for the allocation
4363  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4364  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4365  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4366  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4367  * @page_array: Optional array to store the pages
4368  *
4369  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4370  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4371  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4372  *
4373  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4374  *
4375  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4376  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4377  *
4378  * Returns the number of pages on the list or array.
4379  */
4380 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4381                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4382                         struct list_head *page_list,
4383                         struct page **page_array)
4384 {
4385         struct page *page;
4386         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4387         struct zone *zone;
4388         struct zoneref *z;
4389         struct per_cpu_pages *pcp;
4390         struct list_head *pcp_list;
4391         struct alloc_context ac;
4392         gfp_t alloc_gfp;
4393         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4394         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4395
4396         /*
4397          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4398          * to be allocated before disabling IRQs.
4399          */
4400         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4401                 nr_populated++;
4402
4403         /* No pages requested? */
4404         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4405                 goto out;
4406
4407         /* Already populated array? */
4408         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4409                 goto out;
4410
4411         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4412         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4413                 goto failed;
4414
4415         /* Use the single page allocator for one page. */
4416         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4417                 goto failed;
4418
4419 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4420         /*
4421          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4422          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4423          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4424          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4425          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4426          */
4427         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4428                 goto failed;
4429 #endif
4430
4431         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4432         gfp &= gfp_allowed_mask;
4433         alloc_gfp = gfp;
4434         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4435                 goto out;
4436         gfp = alloc_gfp;
4437
4438         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4439         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4440                 unsigned long mark;
4441
4442                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4443                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4444                         continue;
4445                 }
4446
4447                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4448                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4449                         goto failed;
4450                 }
4451
4452                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4453                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4454                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4455                                 alloc_flags, gfp)) {
4456                         break;
4457                 }
4458         }
4459
4460         /*
4461          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4462          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4463          */
4464         if (unlikely(!zone))
4465                 goto failed;
4466
4467         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4468         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4469         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4470         if (!pcp)
4471                 goto failed_irq;
4472
4473         /* Attempt the batch allocation */
4474         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4475         while (nr_populated < nr_pages) {
4476
4477                 /* Skip existing pages */
4478                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4479                         nr_populated++;
4480                         continue;
4481                 }
4482
4483                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4484                                                                 pcp, pcp_list);
4485                 if (unlikely(!page)) {
4486                         /* Try and allocate at least one page */
4487                         if (!nr_account) {
4488                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4489                                 goto failed_irq;
4490                         }
4491                         break;
4492                 }
4493                 nr_account++;
4494
4495                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4496                 if (page_list)
4497                         list_add(&page->lru, page_list);
4498                 else
4499                         page_array[nr_populated] = page;
4500                 nr_populated++;
4501         }
4502
4503         pcp_spin_unlock(pcp);
4504         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4505
4506         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4507         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4508
4509 out:
4510         return nr_populated;
4511
4512 failed_irq:
4513         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4514
4515 failed:
4516         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4517         if (page) {
4518                 if (page_list)
4519                         list_add(&page->lru, page_list);
4520                 else
4521                         page_array[nr_populated] = page;
4522                 nr_populated++;
4523         }
4524
4525         goto out;
4526 }
4527 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4528
4529 /*
4530  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4531  */
4532 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4533                                                         nodemask_t *nodemask)
4534 {
4535         struct page *page;
4536         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4537         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4538         struct alloc_context ac = { };
4539
4540         /*
4541          * There are several places where we assume that the order value is sane
4542          * so bail out early if the request is out of bound.
4543          */
4544         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4545                 return NULL;
4546
4547         gfp &= gfp_allowed_mask;
4548         /*
4549          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4550          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4551          * from a particular context which has been marked by
4552          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4553          * movable zones are not used during allocation.
4554          */
4555         gfp = current_gfp_context(gfp);
4556         alloc_gfp = gfp;
4557         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4558                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4559                 return NULL;
4560
4561         /*
4562          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4563          * memory until all local zones are considered.
4564          */
4565         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4566
4567         /* First allocation attempt */
4568         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4569         if (likely(page))
4570                 goto out;
4571
4572         alloc_gfp = gfp;
4573         ac.spread_dirty_pages = false;
4574
4575         /*
4576          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4577          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4578          */
4579         ac.nodemask = nodemask;
4580
4581         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4582
4583 out:
4584         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4585             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4586                 __free_pages(page, order);
4587                 page = NULL;
4588         }
4589
4590         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4591         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4592
4593         return page;
4594 }
4595 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4596
4597 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4598                 nodemask_t *nodemask)
4599 {
4600         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4601                                         preferred_nid, nodemask);
4602         return page_rmappable_folio(page);
4603 }
4604 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4605
4606 /*
4607  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4608  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4609  * you need to access high mem.
4610  */
4611 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4612 {
4613         struct page *page;
4614
4615         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4616         if (!page)
4617                 return 0;
4618         return (unsigned long) page_address(page);
4619 }
4620 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4621
4622 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4623 {
4624         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4625 }
4626 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4627
4628 /**
4629  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4630  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4631  * @order: The order of the allocation.
4632  *
4633  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4634  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4635  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4636  * than was allocated will probably emit a warning.
4637  *
4638  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4639  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4640  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4641  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4642  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4643  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4644  *
4645  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4646  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4647  */
4648 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4649 {
4650         /* get PageHead before we drop reference */
4651         int head = PageHead(page);
4652
4653         if (put_page_testzero(page))
4654                 free_the_page(page, order);
4655         else if (!head)
4656                 while (order-- > 0)
4657                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4658 }
4659 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4660
4661 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4662 {
4663         if (addr != 0) {
4664                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4665                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4666         }
4667 }
4668
4669 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4670
4671 /*
4672  * Page Fragment:
4673  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4674  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4675  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4676  *
4677  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4678  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4679  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4680  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4681  */
4682 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4683                                              gfp_t gfp_mask)
4684 {
4685         struct page *page = NULL;
4686         gfp_t gfp = gfp_mask;
4687
4688 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4689         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4690                     __GFP_NOMEMALLOC;
4691         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4692                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4693         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4694 #endif
4695         if (unlikely(!page))
4696                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4697
4698         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4699
4700         return page;
4701 }
4702
4703 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4704 {
4705         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4706
4707         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4708                 free_the_page(page, compound_order(page));
4709 }
4710 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4711
4712 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4713                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4714                       unsigned int align_mask)
4715 {
4716         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4717         struct page *page;
4718         int offset;
4719
4720         if (unlikely(!nc->va)) {
4721 refill:
4722                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4723                 if (!page)
4724                         return NULL;
4725
4726 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4727                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4728                 size = nc->size;
4729 #endif
4730                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4731                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4732                  */
4733                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4734
4735                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4736                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4737                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4738                 nc->offset = size;
4739         }
4740
4741         offset = nc->offset - fragsz;
4742         if (unlikely(offset < 0)) {
4743                 page = virt_to_page(nc->va);
4744
4745                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4746                         goto refill;
4747
4748                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4749                         free_the_page(page, compound_order(page));
4750                         goto refill;
4751                 }
4752
4753 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4754                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4755                 size = nc->size;
4756 #endif
4757                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4758                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4759
4760                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4761                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4762                 offset = size - fragsz;
4763                 if (unlikely(offset < 0)) {
4764                         /*
4765                          * The caller is trying to allocate a fragment
4766                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4767                          * enough to satisfy the request, this may
4768                          * happen in low memory conditions.
4769                          * We don't release the cache page because
4770                          * it could make memory pressure worse
4771                          * so we simply return NULL here.
4772                          */
4773                         return NULL;
4774                 }
4775         }
4776
4777         nc->pagecnt_bias--;
4778         offset &= align_mask;
4779         nc->offset = offset;
4780
4781         return nc->va + offset;
4782 }
4783 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4784
4785 /*
4786  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4787  */
4788 void page_frag_free(void *addr)
4789 {
4790         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4791
4792         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4793                 free_the_page(page, compound_order(page));
4794 }
4795 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4796
4797 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4798                 size_t size)
4799 {
4800         if (addr) {
4801                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4802                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4803                 struct page *last = page + nr;
4804
4805                 split_page_owner(page, 1 << order);
4806                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4807                 while (page < --last)
4808                         set_page_refcounted(last);
4809
4810                 last = page + (1UL << order);
4811                 for (page += nr; page < last; page++)
4812                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4813         }
4814         return (void *)addr;
4815 }
4816
4817 /**
4818  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4819  * @size: the number of bytes to allocate
4820  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4821  *
4822  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4823  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4824  * allocate memory in power-of-two pages.
4825  *
4826  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4827  *
4828  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4829  *
4830  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4831  */
4832 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4833 {
4834         unsigned int order = get_order(size);
4835         unsigned long addr;
4836
4837         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4838                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4839
4840         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4841         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4842 }
4843 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4844
4845 /**
4846  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4847  *                         pages on a node.
4848  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4849  * @size: the number of bytes to allocate
4850  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4851  *
4852  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4853  * back.
4854  *
4855  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4856  */
4857 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4858 {
4859         unsigned int order = get_order(size);
4860         struct page *p;
4861
4862         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4863                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4864
4865         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4866         if (!p)
4867                 return NULL;
4868         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4869 }
4870
4871 /**
4872  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4873  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4874  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4875  *
4876  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4877  */
4878 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4879 {
4880         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4881         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4882
4883         while (addr < end) {
4884                 free_page(addr);
4885                 addr += PAGE_SIZE;
4886         }
4887 }
4888 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4889
4890 /**
4891  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4892  * @offset: The zone index of the highest zone
4893  *
4894  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4895  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4896  * zone, the number of pages is calculated as:
4897  *
4898  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4899  *
4900  * Return: number of pages beyond high watermark.
4901  */
4902 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4903 {
4904         struct zoneref *z;
4905         struct zone *zone;
4906
4907         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4908         unsigned long sum = 0;
4909
4910         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4911
4912         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4913                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4914                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4915                 if (size > high)
4916                         sum += size - high;
4917         }
4918
4919         return sum;
4920 }
4921
4922 /**
4923  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4924  *
4925  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4926  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4927  *
4928  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4929  * ZONE_NORMAL.
4930  */
4931 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4932 {
4933         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4934 }
4935 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4936
4937 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4938 {
4939         zoneref->zone = zone;
4940         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4941 }
4942
4943 /*
4944  * Builds allocation fallback zone lists.
4945  *
4946  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4947  */
4948 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4949 {
4950         struct zone *zone;
4951         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4952         int nr_zones = 0;
4953
4954         do {
4955                 zone_type--;
4956                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4957                 if (populated_zone(zone)) {
4958                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4959                         check_highest_zone(zone_type);
4960                 }
4961         } while (zone_type);
4962
4963         return nr_zones;
4964 }
4965
4966 #ifdef CONFIG_NUMA
4967
4968 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4969 {
4970         /*
4971          * We used to support different zonelists modes but they turned
4972          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4973          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4974          * not fail it silently
4975          */
4976         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4977                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4978                 return -EINVAL;
4979         }
4980         return 0;
4981 }
4982
4983 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4984 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4985 /*
4986  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4987  */
4988 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4989                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4990 {
4991         if (write)
4992                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
4993         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4994 }
4995
4996 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4997
4998 /**
4999  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5000  * @node: node whose fallback list we're appending
5001  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5002  *
5003  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5004  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5005  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5006  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5007  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5008  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5009  * on them otherwise.
5010  *
5011  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5012  */
5013 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5014 {
5015         int n, val;
5016         int min_val = INT_MAX;
5017         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5018
5019         /*
5020          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5021          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5022          */
5023         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5024                 node_set(node, *used_node_mask);
5025                 return node;
5026         }
5027
5028         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5029
5030                 /* Don't want a node to appear more than once */
5031                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5032                         continue;
5033
5034                 /* Use the distance array to find the distance */
5035                 val = node_distance(node, n);
5036
5037                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5038                 val += (n < node);
5039
5040                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5041                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5042                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5043
5044                 /* Slight preference for less loaded node */
5045                 val *= MAX_NUMNODES;
5046                 val += node_load[n];
5047
5048                 if (val < min_val) {
5049                         min_val = val;
5050                         best_node = n;
5051                 }
5052         }
5053
5054         if (best_node >= 0)
5055                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5056
5057         return best_node;
5058 }
5059
5060
5061 /*
5062  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5063  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5064  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5065  */
5066 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5067                 unsigned nr_nodes)
5068 {
5069         struct zoneref *zonerefs;
5070         int i;
5071
5072         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5073
5074         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5075                 int nr_zones;
5076
5077                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5078
5079                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5080                 zonerefs += nr_zones;
5081         }
5082         zonerefs->zone = NULL;
5083         zonerefs->zone_idx = 0;
5084 }
5085
5086 /*
5087  * Build gfp_thisnode zonelists
5088  */
5089 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5090 {
5091         struct zoneref *zonerefs;
5092         int nr_zones;
5093
5094         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5095         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5096         zonerefs += nr_zones;
5097         zonerefs->zone = NULL;
5098         zonerefs->zone_idx = 0;
5099 }
5100
5101 /*
5102  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5103  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5104  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5105  * may still exist in local DMA zone.
5106  */
5107
5108 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5109 {
5110         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5111         int node, nr_nodes = 0;
5112         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5113         int local_node, prev_node;
5114
5115         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5116         local_node = pgdat->node_id;
5117         prev_node = local_node;
5118
5119         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5120         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5121                 /*
5122                  * We don't want to pressure a particular node.
5123                  * So adding penalty to the first node in same
5124                  * distance group to make it round-robin.
5125                  */
5126                 if (node_distance(local_node, node) !=
5127                     node_distance(local_node, prev_node))
5128                         node_load[node] += 1;
5129
5130                 node_order[nr_nodes++] = node;
5131                 prev_node = node;
5132         }
5133
5134         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5135         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5136         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5137         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5138                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5139         pr_cont("\n");
5140 }
5141
5142 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5143 /*
5144  * Return node id of node used for "local" allocations.
5145  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5146  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5147  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5148  */
5149 int local_memory_node(int node)
5150 {
5151         struct zoneref *z;
5152
5153         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5154                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5155                                    NULL);
5156         return zone_to_nid(z->zone);
5157 }
5158 #endif
5159
5160 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5161 static void setup_min_slab_ratio(void);
5162 #else   /* CONFIG_NUMA */
5163
5164 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5165 {
5166         int node, local_node;
5167         struct zoneref *zonerefs;
5168         int nr_zones;
5169
5170         local_node = pgdat->node_id;
5171
5172         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5173         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5174         zonerefs += nr_zones;
5175
5176         /*
5177          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5178          * of all the other nodes.
5179          * We don't want to pressure a particular node, so when
5180          * building the zones for node N, we make sure that the
5181          * zones coming right after the local ones are those from
5182          * node N+1 (modulo N)
5183          */
5184         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5185                 if (!node_online(node))
5186                         continue;
5187                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5188                 zonerefs += nr_zones;
5189         }
5190         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5191                 if (!node_online(node))
5192                         continue;
5193                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5194                 zonerefs += nr_zones;
5195         }
5196
5197         zonerefs->zone = NULL;
5198         zonerefs->zone_idx = 0;
5199 }
5200
5201 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5202
5203 /*
5204  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5205  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5206  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5207  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5208  * with interrupts disabled.
5209  *
5210  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5211  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5212  * hotplugged processors.
5213  *
5214  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5215  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5216  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5217  */
5218 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5219 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5220 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5221 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5222 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5223 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5224
5225 static void __build_all_zonelists(void *data)
5226 {
5227         int nid;
5228         int __maybe_unused cpu;
5229         pg_data_t *self = data;
5230         unsigned long flags;
5231
5232         /*
5233          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5234          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5235          */
5236         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5237         /*
5238          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5239          * trying to hold port->lock, for
5240          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5241          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5242          */
5243         printk_deferred_enter();
5244
5245 #ifdef CONFIG_NUMA
5246         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5247 #endif
5248
5249         /*
5250          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5251          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5252          */
5253         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5254                 build_zonelists(self);
5255         } else {
5256                 /*
5257                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5258                  * in free_area_init
5259                  */
5260                 for_each_node(nid) {
5261                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5262
5263                         build_zonelists(pgdat);
5264                 }
5265
5266 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5267                 /*
5268                  * We now know the "local memory node" for each node--
5269                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5270                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5271                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5272                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5273                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5274                  */
5275                 for_each_online_cpu(cpu)
5276                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5277 #endif
5278         }
5279
5280         printk_deferred_exit();
5281         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5282 }
5283
5284 static noinline void __init
5285 build_all_zonelists_init(void)
5286 {
5287         int cpu;
5288
5289         __build_all_zonelists(NULL);
5290
5291         /*
5292          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5293          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5294          * each zone will be allocated later when the per cpu
5295          * allocator is available.
5296          *
5297          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5298          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5299          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5300          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5301          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5302          * (a chicken-egg dilemma).
5303          */
5304         for_each_possible_cpu(cpu)
5305                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5306
5307         mminit_verify_zonelist();
5308         cpuset_init_current_mems_allowed();
5309 }
5310
5311 /*
5312  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5313  *
5314  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5315  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5316  */
5317 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5318 {
5319         unsigned long vm_total_pages;
5320
5321         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5322                 build_all_zonelists_init();
5323         } else {
5324                 __build_all_zonelists(pgdat);
5325                 /* cpuset refresh routine should be here */
5326         }
5327         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5328         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5329         /*
5330          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5331          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5332          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5333          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5334          * disabled and enable it later
5335          */
5336         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5337                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5338         else
5339                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5340
5341         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5342                 nr_online_nodes,
5343                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5344                 vm_total_pages);
5345 #ifdef CONFIG_NUMA
5346         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5347 #endif
5348 }
5349
5350 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5351 {
5352 #ifdef CONFIG_MMU
5353         int batch;
5354
5355         /*
5356          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5357          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5358          * size is striking a balance between allocation latency
5359          * and zone lock contention.
5360          */
5361         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5362         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5363         if (batch < 1)
5364                 batch = 1;
5365
5366         /*
5367          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5368          * of 2 value was found to be more likely to have
5369          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5370          *
5371          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5372          * batches of pages, one task can end up with a lot
5373          * of pages of one half of the possible page colors
5374          * and the other with pages of the other colors.
5375          */
5376         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5377
5378         return batch;
5379
5380 #else
5381         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5382          * conditions.
5383          *
5384          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5385          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5386          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5387          *
5388          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5389          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5390          * can be a significant delay between the individual batches being
5391          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5392          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5393          */
5394         return 0;
5395 #endif
5396 }
5397
5398 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5399 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5400                          int high_fraction)
5401 {
5402 #ifdef CONFIG_MMU
5403         int high;
5404         int nr_split_cpus;
5405         unsigned long total_pages;
5406
5407         if (!high_fraction) {
5408                 /*
5409                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5410                  * low watermark so that if they are full then background
5411                  * reclaim will not be started prematurely.
5412                  */
5413                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5414         } else {
5415                 /*
5416                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5417                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5418                  * zone.
5419                  */
5420                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5421         }
5422
5423         /*
5424          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5425          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5426          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5427          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5428          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5429          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5430          */
5431         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5432         if (!nr_split_cpus)
5433                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5434         high = total_pages / nr_split_cpus;
5435
5436         /*
5437          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5438          * historical relationship between high and batch.
5439          */
5440         high = max(high, batch << 2);
5441
5442         return high;
5443 #else
5444         return 0;
5445 #endif
5446 }
5447
5448 /*
5449  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5450  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5451  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5452  *
5453  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5454  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5455  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5456  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5457  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5458  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5459  * disabled.
5460  *
5461  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5462  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5463  * exist).
5464  */
5465 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5466                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5467 {
5468         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5469         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5470         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5471 }
5472
5473 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5474 {
5475         int pindex;
5476
5477         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5478         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5479
5480         spin_lock_init(&pcp->lock);
5481         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5482                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5483
5484         /*
5485          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5486          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5487          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5488          * pageset yet.
5489          */
5490         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5491         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5492         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5493         pcp->free_count = 0;
5494 }
5495
5496 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5497                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5498 {
5499         struct per_cpu_pages *pcp;
5500         int cpu;
5501
5502         for_each_possible_cpu(cpu) {
5503                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5504                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5505         }
5506 }
5507
5508 /*
5509  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5510  * zone based on the zone's size.
5511  */
5512 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5513 {
5514         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5515
5516         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5517         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5518                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5519                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5520                 /*
5521                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5522                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5523                  */
5524                 new_high_max = new_high_min;
5525         } else {
5526                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5527                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5528                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5529         }
5530
5531         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5532             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5533             zone->pageset_batch == new_batch)
5534                 return;
5535
5536         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5537         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5538         zone->pageset_batch = new_batch;
5539
5540         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5541                                           new_batch);
5542 }
5543
5544 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5545 {
5546         int cpu;
5547
5548         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5549         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5550                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5551
5552         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5553         for_each_possible_cpu(cpu) {
5554                 struct per_cpu_pages *pcp;
5555                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5556
5557                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5558                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5559                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5560         }
5561
5562         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5563 }
5564
5565 /*
5566  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5567  * page high values need to be recalculated.
5568  */
5569 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5570 {
5571         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5572         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5573         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5574 }
5575
5576 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone)
5577 {
5578         int cpu;
5579         struct per_cpu_pages *pcp;
5580         struct cpu_cacheinfo *cci;
5581
5582         for_each_online_cpu(cpu) {
5583                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5584                 cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5585                 /*
5586                  * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5587                  * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5588                  * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5589                  * This can reduce zone lock contention without hurting
5590                  * cache-hot pages sharing.
5591                  */
5592                 spin_lock(&pcp->lock);
5593                 if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5594                         pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5595                 else
5596                         pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5597                 spin_unlock(&pcp->lock);
5598         }
5599 }
5600
5601 void setup_pcp_cacheinfo(void)
5602 {
5603         struct zone *zone;
5604
5605         for_each_populated_zone(zone)
5606                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone);
5607 }
5608
5609 /*
5610  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5611  * Before this call only boot pagesets were available.
5612  */
5613 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5614 {
5615         struct pglist_data *pgdat;
5616         struct zone *zone;
5617         int __maybe_unused cpu;
5618
5619         for_each_populated_zone(zone)
5620                 setup_zone_pageset(zone);
5621
5622 #ifdef CONFIG_NUMA
5623         /*
5624          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5625          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5626          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5627          * the nodes these zones are associated with.
5628          */
5629         for_each_possible_cpu(cpu) {
5630                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5631                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5632                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5633         }
5634 #endif
5635
5636         for_each_online_pgdat(pgdat)
5637                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5638                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5639 }
5640
5641 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5642 {
5643         /*
5644          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5645          * relies on the ability of the linker to provide the
5646          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5647          */
5648         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5649         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5650         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5651         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5652         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5653
5654         if (populated_zone(zone))
5655                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5656                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5657 }
5658
5659 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5660 {
5661         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5662         totalram_pages_add(count);
5663 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5664         if (PageHighMem(page))
5665                 totalhigh_pages_add(count);
5666 #endif
5667 }
5668 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5669
5670 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5671 {
5672         void *pos;
5673         unsigned long pages = 0;
5674
5675         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5676         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5677         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5678                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5679                 void *direct_map_addr;
5680
5681                 /*
5682                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5683                  * because some architectures' virt_to_page()
5684                  * work with aliases.  Getting the direct map
5685                  * address ensures that we get a _writeable_
5686                  * alias for the memset().
5687                  */
5688                 direct_map_addr = page_address(page);
5689                 /*
5690                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5691                  * has not been initialized.
5692                  */
5693                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5694                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5695                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5696
5697                 free_reserved_page(page);
5698         }
5699
5700         if (pages && s)
5701                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5702
5703         return pages;
5704 }
5705
5706 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5707 {
5708         struct zone *zone;
5709
5710         lru_add_drain_cpu(cpu);
5711         mlock_drain_remote(cpu);
5712         drain_pages(cpu);
5713
5714         /*
5715          * Spill the event counters of the dead processor
5716          * into the current processors event counters.
5717          * This artificially elevates the count of the current
5718          * processor.
5719          */
5720         vm_events_fold_cpu(cpu);
5721
5722         /*
5723          * Zero the differential counters of the dead processor
5724          * so that the vm statistics are consistent.
5725          *
5726          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5727          * race with what we are doing.
5728          */
5729         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5730
5731         for_each_populated_zone(zone)
5732                 zone_pcp_update(zone, 0);
5733
5734         return 0;
5735 }
5736
5737 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5738 {
5739         struct zone *zone;
5740
5741         for_each_populated_zone(zone)
5742                 zone_pcp_update(zone, 1);
5743         return 0;
5744 }
5745
5746 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5747 {
5748         int ret;
5749
5750         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5751                                         "mm/page_alloc:pcp",
5752                                         page_alloc_cpu_online,
5753                                         page_alloc_cpu_dead);
5754         WARN_ON(ret < 0);
5755 }
5756
5757 /*
5758  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5759  *      or min_free_kbytes changes.
5760  */
5761 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5762 {
5763         struct pglist_data *pgdat;
5764         unsigned long reserve_pages = 0;
5765         enum zone_type i, j;
5766
5767         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5768
5769                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5770
5771                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5772                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5773                         long max = 0;
5774                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5775
5776                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5777                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5778                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5779                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5780                         }
5781
5782                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5783                         max += high_wmark_pages(zone);
5784
5785                         if (max > managed_pages)
5786                                 max = managed_pages;
5787
5788                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5789
5790                         reserve_pages += max;
5791                 }
5792         }
5793         totalreserve_pages = reserve_pages;
5794 }
5795
5796 /*
5797  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5798  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5799  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5800  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5801  */
5802 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5803 {
5804         struct pglist_data *pgdat;
5805         enum zone_type i, j;
5806
5807         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5808                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5809                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5810                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5811                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5812                         unsigned long managed_pages = 0;
5813
5814                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5815                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5816
5817                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5818
5819                                 if (clear)
5820                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5821                                 else
5822                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5823                         }
5824                 }
5825         }
5826
5827         /* update totalreserve_pages */
5828         calculate_totalreserve_pages();
5829 }
5830
5831 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5832 {
5833         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5834         unsigned long lowmem_pages = 0;
5835         struct zone *zone;
5836         unsigned long flags;
5837
5838         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5839         for_each_zone(zone) {
5840                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5841                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5842         }
5843
5844         for_each_zone(zone) {
5845                 u64 tmp;
5846
5847                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5848                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5849                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5850                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5851                         /*
5852                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5853                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5854                          * to a small  value here.
5855                          *
5856                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5857                          * deltas control async page reclaim, and so should
5858                          * not be capped for highmem and movable zones.
5859                          */
5860                         unsigned long min_pages;
5861
5862                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5863                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5864                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5865                 } else {
5866                         /*
5867                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5868                          * proportionate to the zone's size.
5869                          */
5870                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5871                 }
5872
5873                 /*
5874                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5875                  * scale factor in proportion to available memory, but
5876                  * ensure a minimum size on small systems.
5877                  */
5878                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5879                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5880                                       watermark_scale_factor, 10000));
5881
5882                 zone->watermark_boost = 0;
5883                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5884                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5885                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5886
5887                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5888         }
5889
5890         /* update totalreserve_pages */
5891         calculate_totalreserve_pages();
5892 }
5893
5894 /**
5895  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5896  * or when memory is hot-{added|removed}
5897  *
5898  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5899  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5900  */
5901 void setup_per_zone_wmarks(void)
5902 {
5903         struct zone *zone;
5904         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5905
5906         spin_lock(&lock);
5907         __setup_per_zone_wmarks();
5908         spin_unlock(&lock);
5909
5910         /*
5911          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5912          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5913          */
5914         for_each_zone(zone)
5915                 zone_pcp_update(zone, 0);
5916 }
5917
5918 /*
5919  * Initialise min_free_kbytes.
5920  *
5921  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5922  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5923  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5924  *
5925  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5926  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5927  *
5928  * which yields
5929  *
5930  * 16MB:        512k
5931  * 32MB:        724k
5932  * 64MB:        1024k
5933  * 128MB:       1448k
5934  * 256MB:       2048k
5935  * 512MB:       2896k
5936  * 1024MB:      4096k
5937  * 2048MB:      5792k
5938  * 4096MB:      8192k
5939  * 8192MB:      11584k
5940  * 16384MB:     16384k
5941  */
5942 void calculate_min_free_kbytes(void)
5943 {
5944         unsigned long lowmem_kbytes;
5945         int new_min_free_kbytes;
5946
5947         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5948         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5949
5950         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5951                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5952         else
5953                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5954                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5955
5956 }
5957
5958 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5959 {
5960         calculate_min_free_kbytes();
5961         setup_per_zone_wmarks();
5962         refresh_zone_stat_thresholds();
5963         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5964
5965 #ifdef CONFIG_NUMA
5966         setup_min_unmapped_ratio();
5967         setup_min_slab_ratio();
5968 #endif
5969
5970         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5971
5972         return 0;
5973 }
5974 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5975
5976 /*
5977  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5978  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5979  *      changes.
5980  */
5981 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5982                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5983 {
5984         int rc;
5985
5986         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5987         if (rc)
5988                 return rc;
5989
5990         if (write) {
5991                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5992                 setup_per_zone_wmarks();
5993         }
5994         return 0;
5995 }
5996
5997 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5998                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5999 {
6000         int rc;
6001
6002         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6003         if (rc)
6004                 return rc;
6005
6006         if (write)
6007                 setup_per_zone_wmarks();
6008
6009         return 0;
6010 }
6011
6012 #ifdef CONFIG_NUMA
6013 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6014 {
6015         pg_data_t *pgdat;
6016         struct zone *zone;
6017
6018         for_each_online_pgdat(pgdat)
6019                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6020
6021         for_each_zone(zone)
6022                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6023                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6024 }
6025
6026
6027 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6028                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6029 {
6030         int rc;
6031
6032         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6033         if (rc)
6034                 return rc;
6035
6036         setup_min_unmapped_ratio();
6037
6038         return 0;
6039 }
6040
6041 static void setup_min_slab_ratio(void)
6042 {
6043         pg_data_t *pgdat;
6044         struct zone *zone;
6045
6046         for_each_online_pgdat(pgdat)
6047                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6048
6049         for_each_zone(zone)
6050                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6051                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6052 }
6053
6054 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6055                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6056 {
6057         int rc;
6058
6059         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6060         if (rc)
6061                 return rc;
6062
6063         setup_min_slab_ratio();
6064
6065         return 0;
6066 }
6067 #endif
6068
6069 /*
6070  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6071  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6072  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6073  *
6074  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6075  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6076  * if in function of the boot time zone sizes.
6077  */
6078 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6079                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6080 {
6081         int i;
6082
6083         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6084
6085         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6086                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6087                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6088         }
6089
6090         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6091         return 0;
6092 }
6093
6094 /*
6095  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6096  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6097  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6098  */
6099 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6100                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6101 {
6102         struct zone *zone;
6103         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6104         int ret;
6105
6106         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6107         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6108
6109         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6110         if (!write || ret < 0)
6111                 goto out;
6112
6113         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6114         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6115             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6116                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6117                 ret = -EINVAL;
6118                 goto out;
6119         }
6120
6121         /* No change? */
6122         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6123                 goto out;
6124
6125         for_each_populated_zone(zone)
6126                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6127 out:
6128         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6129         return ret;
6130 }
6131
6132 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6133         {
6134                 .procname       = "min_free_kbytes",
6135                 .data           = &min_free_kbytes,
6136                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6137                 .mode           = 0644,
6138                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6139                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6140         },
6141         {
6142                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6143                 .data           = &watermark_boost_factor,
6144                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6145                 .mode           = 0644,
6146                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6147                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6148         },
6149         {
6150                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6151                 .data           = &watermark_scale_factor,
6152                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6153                 .mode           = 0644,
6154                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6155                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6156                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6157         },
6158         {
6159                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6160                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6161                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6162                 .mode           = 0644,
6163                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6164                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6165         },
6166         {
6167                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6168                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6169                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6170                 .mode           = 0644,
6171                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6172         },
6173 #ifdef CONFIG_NUMA
6174         {
6175                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6176                 .data           = &numa_zonelist_order,
6177                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6178                 .mode           = 0644,
6179                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6180         },
6181         {
6182                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6183                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6184                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6185                 .mode           = 0644,
6186                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6187                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6188                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6189         },
6190         {
6191                 .procname       = "min_slab_ratio",
6192                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6193                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6194                 .mode           = 0644,
6195                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6196                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6197                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6198         },
6199 #endif
6200         {}
6201 };
6202
6203 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6204 {
6205         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6206 }
6207
6208 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6209 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6210 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6211 {
6212         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6213
6214         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6215                 struct page *page;
6216
6217                 dump_stack();
6218                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6219                         dump_page(page, "migration failure");
6220         }
6221 }
6222
6223 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6224 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6225                                         unsigned long start, unsigned long end)
6226 {
6227         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6228         unsigned int nr_reclaimed;
6229         unsigned long pfn = start;
6230         unsigned int tries = 0;
6231         int ret = 0;
6232         struct migration_target_control mtc = {
6233                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6234                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6235         };
6236
6237         lru_cache_disable();
6238
6239         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6240                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6241                         ret = -EINTR;
6242                         break;
6243                 }
6244
6245                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6246                         cc->nr_migratepages = 0;
6247                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6248                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6249                                 break;
6250                         pfn = cc->migrate_pfn;
6251                         tries = 0;
6252                 } else if (++tries == 5) {
6253                         ret = -EBUSY;
6254                         break;
6255                 }
6256
6257                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6258                                                         &cc->migratepages);
6259                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6260
6261                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6262                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6263
6264                 /*
6265                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6266                  * to retry again over this error, so do the same here.
6267                  */
6268                 if (ret == -ENOMEM)
6269                         break;
6270         }
6271
6272         lru_cache_enable();
6273         if (ret < 0) {
6274                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6275                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6276                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6277                 return ret;
6278         }
6279         return 0;
6280 }
6281
6282 /**
6283  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6284  * @start:      start PFN to allocate
6285  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6286  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6287  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6288  *                      in range must have the same migratetype and it must
6289  *                      be either of the two.
6290  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6291  *
6292  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6293  * belong to a single zone.
6294  *
6295  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6296  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6297  * be modified by others.
6298  *
6299  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6300  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6301  * need to be freed with free_contig_range().
6302  */
6303 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6304                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6305 {
6306         unsigned long outer_start, outer_end;
6307         int order;
6308         int ret = 0;
6309
6310         struct compact_control cc = {
6311                 .nr_migratepages = 0,
6312                 .order = -1,
6313                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6314                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6315                 .ignore_skip_hint = true,
6316                 .no_set_skip_hint = true,
6317                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6318                 .alloc_contig = true,
6319         };
6320         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6321
6322         /*
6323          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6324          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6325          * have different sizes, and due to the way page allocator
6326          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6327          *
6328          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6329          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6330          * we are interested in). This will put all the pages in
6331          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6332          *
6333          * When this is done, we take the pages in range from page
6334          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6335          * page allocator will never consider using them.
6336          *
6337          * This lets us mark the pageblocks back as
6338          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6339          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6340          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6341          */
6342
6343         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6344         if (ret)
6345                 goto done;
6346
6347         drain_all_pages(cc.zone);
6348
6349         /*
6350          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6351          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6352          * which will report the busy page.
6353          *
6354          * It is possible that busy pages could become available before
6355          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6356          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6357          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6358          */
6359         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6360         if (ret && ret != -EBUSY)
6361                 goto done;
6362         ret = 0;
6363
6364         /*
6365          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6366          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6367          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6368          * What we are going to do is to allocate all pages from
6369          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6370          *
6371          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6372          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6373          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6374          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6375          * once this is done free the pages we are not interested in.
6376          *
6377          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6378          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6379          */
6380
6381         order = 0;
6382         outer_start = start;
6383         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6384                 if (++order > MAX_ORDER) {
6385                         outer_start = start;
6386                         break;
6387                 }
6388                 outer_start &= ~0UL << order;
6389         }
6390
6391         if (outer_start != start) {
6392                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6393
6394                 /*
6395                  * outer_start page could be small order buddy page and
6396                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6397                  * in this case to report failed page properly
6398                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6399                  */
6400                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6401                         outer_start = start;
6402         }
6403
6404         /* Make sure the range is really isolated. */
6405         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6406                 ret = -EBUSY;
6407                 goto done;
6408         }
6409
6410         /* Grab isolated pages from freelists. */
6411         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6412         if (!outer_end) {
6413                 ret = -EBUSY;
6414                 goto done;
6415         }
6416
6417         /* Free head and tail (if any) */
6418         if (start != outer_start)
6419                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6420         if (end != outer_end)
6421                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6422
6423 done:
6424         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6425         return ret;
6426 }
6427 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6428
6429 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6430                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6431 {
6432         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6433
6434         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6435                                   gfp_mask);
6436 }
6437
6438 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6439                                    unsigned long nr_pages)
6440 {
6441         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6442         struct page *page;
6443
6444         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6445                 page = pfn_to_online_page(i);
6446                 if (!page)
6447                         return false;
6448
6449                 if (page_zone(page) != z)
6450                         return false;
6451
6452                 if (PageReserved(page))
6453                         return false;
6454
6455                 if (PageHuge(page))
6456                         return false;
6457         }
6458         return true;
6459 }
6460
6461 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6462                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6463 {
6464         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6465
6466         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6467 }
6468
6469 /**
6470  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6471  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6472  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6473  * @nid:        Target node
6474  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6475  *
6476  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6477  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6478  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6479  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6480  *
6481  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6482  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6483  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6484  *
6485  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6486  * __free_page() on each allocated page.
6487  *
6488  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6489  */
6490 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6491                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6492 {
6493         unsigned long ret, pfn, flags;
6494         struct zonelist *zonelist;
6495         struct zone *zone;
6496         struct zoneref *z;
6497
6498         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6499         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6500                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6501                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6502
6503                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6504                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6505                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6506                                 /*
6507                                  * We release the zone lock here because
6508                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6509                                  * at some point. If there's an allocation
6510                                  * spinning on this lock, it may win the race
6511                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6512                                  */
6513                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6514                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6515                                                         gfp_mask);
6516                                 if (!ret)
6517                                         return pfn_to_page(pfn);
6518                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6519                         }
6520                         pfn += nr_pages;
6521                 }
6522                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6523         }
6524         return NULL;
6525 }
6526 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6527
6528 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6529 {
6530         unsigned long count = 0;
6531
6532         for (; nr_pages--; pfn++) {
6533                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6534
6535                 count += page_count(page) != 1;
6536                 __free_page(page);
6537         }
6538         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6539 }
6540 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6541
6542 /*
6543  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6544  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6545  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6546  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6547  *
6548  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6549  */
6550 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6551 {
6552         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6553         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6554         __drain_all_pages(zone, true);
6555 }
6556
6557 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6558 {
6559         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6560                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6561         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6562 }
6563
6564 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6565 {
6566         int cpu;
6567         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6568
6569         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6570                 for_each_online_cpu(cpu) {
6571                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6572                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6573                 }
6574                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6575                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6576                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6577                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6578                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6579                 }
6580         }
6581 }
6582
6583 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6584 /*
6585  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6586  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6587  */
6588 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6589 {
6590         unsigned long pfn = start_pfn;
6591         struct page *page;
6592         struct zone *zone;
6593         unsigned int order;
6594         unsigned long flags;
6595
6596         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6597         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6598         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6599         while (pfn < end_pfn) {
6600                 page = pfn_to_page(pfn);
6601                 /*
6602                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6603                  * page_count() is not 0.
6604                  */
6605                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6606                         pfn++;
6607                         continue;
6608                 }
6609                 /*
6610                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6611                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6612                  */
6613                 if (PageOffline(page)) {
6614                         BUG_ON(page_count(page));
6615                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6616                         pfn++;
6617                         continue;
6618                 }
6619
6620                 BUG_ON(page_count(page));
6621                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6622                 order = buddy_order(page);
6623                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6624                 pfn += (1 << order);
6625         }
6626         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6627 }
6628 #endif
6629
6630 /*
6631  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6632  */
6633 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6634 {
6635         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6636         unsigned int order;
6637
6638         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6639                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6640
6641                 if (PageBuddy(page_head) &&
6642                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6643                         break;
6644         }
6645
6646         return order <= MAX_ORDER;
6647 }
6648 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6649
6650 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6651 /*
6652  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6653  * buddy allocator.
6654  */
6655 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6656                                    struct page *target, int low, int high,
6657                                    int migratetype)
6658 {
6659         unsigned long size = 1 << high;
6660         struct page *current_buddy;
6661
6662         while (high > low) {
6663                 high--;
6664                 size >>= 1;
6665
6666                 if (target >= &page[size]) {
6667                         current_buddy = page;
6668                         page = page + size;
6669                 } else {
6670                         current_buddy = page + size;
6671                 }
6672
6673                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6674                         continue;
6675
6676                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6677                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6678         }
6679 }
6680
6681 /*
6682  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6683  */
6684 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6685 {
6686         struct zone *zone = page_zone(page);
6687         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6688         unsigned long flags;
6689         unsigned int order;
6690         bool ret = false;
6691
6692         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6693         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6694                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6695                 int page_order = buddy_order(page_head);
6696
6697                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6698                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6699                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6700                                                                    pfn_head);
6701
6702                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6703                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6704                                                 page_order, migratetype);
6705                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6706                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6707                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6708                         ret = true;
6709                         break;
6710                 }
6711                 if (page_count(page_head) > 0)
6712                         break;
6713         }
6714         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6715         return ret;
6716 }
6717
6718 /*
6719  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6720  */
6721 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6722 {
6723         struct zone *zone = page_zone(page);
6724         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6725         unsigned long flags;
6726         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6727         bool ret = false;
6728
6729         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6730         if (put_page_testzero(page)) {
6731                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6732                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6733                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6734                         ret = true;
6735                 }
6736         }
6737         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6738
6739         return ret;
6740 }
6741 #endif
6742
6743 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6744 bool has_managed_dma(void)
6745 {
6746         struct pglist_data *pgdat;
6747
6748         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6749                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6750
6751                 if (managed_zone(zone))
6752                         return true;
6753         }
6754         return false;
6755 }
6756 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6757
6758 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6759
6760 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6761 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6762
6763 static bool lazy_accept = true;
6764
6765 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6766 {
6767         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6768                 lazy_accept = true;
6769                 return 0;
6770         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6771                 lazy_accept = false;
6772                 return 0;
6773         } else {
6774                 return -EINVAL;
6775         }
6776 }
6777 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6778
6779 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6780 {
6781         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6782         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6783
6784         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6785 }
6786
6787 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6788 {
6789         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6790
6791         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6792 }
6793
6794 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6795 {
6796         unsigned long flags;
6797         struct page *page;
6798         bool last;
6799
6800         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6801                 return false;
6802
6803         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6804         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6805                                         struct page, lru);
6806         if (!page) {
6807                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6808                 return false;
6809         }
6810
6811         list_del(&page->lru);
6812         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6813
6814         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6815         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6816         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6817
6818         accept_page(page, MAX_ORDER);
6819
6820         __free_pages_ok(page, MAX_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6821
6822         if (last)
6823                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6824
6825         return true;
6826 }
6827
6828 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6829 {
6830         long to_accept;
6831         int ret = false;
6832
6833         /* How much to accept to get to high watermark? */
6834         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6835                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6836                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6837
6838         /* Accept at least one page */
6839         do {
6840                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6841                         break;
6842                 ret = true;
6843                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6844         } while (to_accept > 0);
6845
6846         return ret;
6847 }
6848
6849 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6850 {
6851         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6852 }
6853
6854 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6855 {
6856         struct zone *zone = page_zone(page);
6857         unsigned long flags;
6858         bool first = false;
6859
6860         if (!lazy_accept)
6861                 return false;
6862
6863         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6864         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6865         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6866         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6867         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6868         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6869
6870         if (first)
6871                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6872
6873         return true;
6874 }
6875
6876 #else
6877
6878 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6879 {
6880         return false;
6881 }
6882
6883 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6884 {
6885 }
6886
6887 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6888 {
6889         return false;
6890 }
6891
6892 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6893 {
6894         return false;
6895 }
6896
6897 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6898 {
6899         BUILD_BUG();
6900         return false;
6901 }
6902
6903 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */