GNU Linux-libre 6.8.9-gnu
[releases.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_PAGE_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_PAGE_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 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
920                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
921 #endif
922                         (page->flags & check_flags)))
923                 return false;
924
925         return true;
926 }
927
928 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
929 {
930         const char *bad_reason = NULL;
931
932         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
933                 bad_reason = "nonzero mapcount";
934         if (unlikely(page->mapping != NULL))
935                 bad_reason = "non-NULL mapping";
936         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
937                 bad_reason = "nonzero _refcount";
938         if (unlikely(page->flags & flags)) {
939                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
940                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
941                 else
942                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
943         }
944 #ifdef CONFIG_MEMCG
945         if (unlikely(page->memcg_data))
946                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
947 #endif
948 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
949         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
950                 bad_reason = "page_pool leak";
951 #endif
952         return bad_reason;
953 }
954
955 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
956 {
957         bad_page(page,
958                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
959 }
960
961 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
962 {
963         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
964                 return false;
965
966         /* Something has gone sideways, find it */
967         free_page_is_bad_report(page);
968         return true;
969 }
970
971 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
972 {
973         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
974 }
975
976 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
977 {
978         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
979         int ret = 1;
980
981         /*
982          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
983          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
984          */
985         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
986
987         if (!is_check_pages_enabled()) {
988                 ret = 0;
989                 goto out;
990         }
991         switch (page - head_page) {
992         case 1:
993                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
994                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
995                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
996                         goto out;
997                 }
998                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
999                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1000                         goto out;
1001                 }
1002                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1003                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1004                         goto out;
1005                 }
1006                 break;
1007         case 2:
1008                 /*
1009                  * the second tail page: ->mapping is
1010                  * deferred_list.next -- ignore value.
1011                  */
1012                 break;
1013         default:
1014                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1015                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1016                         goto out;
1017                 }
1018                 break;
1019         }
1020         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1021                 bad_page(page, "PageTail not set");
1022                 goto out;
1023         }
1024         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1025                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1026                 goto out;
1027         }
1028         ret = 0;
1029 out:
1030         page->mapping = NULL;
1031         clear_compound_head(page);
1032         return ret;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1037  *
1038  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1039  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1040  *    using page tags instead (see below).
1041  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1042  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1043  *
1044  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1045  *
1046  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1047  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1048  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1049  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1050  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1051  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1052  *
1053  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1054  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1055  * initialization is done with interrupt disabled.
1056  *
1057  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1058  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1059  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1060  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1061  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1062  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1063  */
1064 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1065 {
1066         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1067                 return deferred_pages_enabled();
1068
1069         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1070 }
1071
1072 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1073 {
1074         int i;
1075
1076         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1077         kasan_disable_current();
1078         for (i = 0; i < numpages; i++)
1079                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1080         kasan_enable_current();
1081 }
1082
1083 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1084                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1085 {
1086         int bad = 0;
1087         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1088         bool init = want_init_on_free();
1089         bool compound = PageCompound(page);
1090
1091         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1092
1093         trace_mm_page_free(page, order);
1094         kmsan_free_page(page, order);
1095
1096         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1097                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1098
1099         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1100                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1101                 reset_page_owner(page, order);
1102                 page_table_check_free(page, order);
1103                 return false;
1104         }
1105
1106         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1107
1108         /*
1109          * Check tail pages before head page information is cleared to
1110          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1111          */
1112         if (unlikely(order)) {
1113                 int i;
1114
1115                 if (compound)
1116                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1117                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1118                         if (compound)
1119                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1120                         if (is_check_pages_enabled()) {
1121                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1122                                         bad++;
1123                                         continue;
1124                                 }
1125                         }
1126                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1127                 }
1128         }
1129         if (PageMappingFlags(page))
1130                 page->mapping = NULL;
1131         if (is_check_pages_enabled()) {
1132                 if (free_page_is_bad(page))
1133                         bad++;
1134                 if (bad)
1135                         return false;
1136         }
1137
1138         page_cpupid_reset_last(page);
1139         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1140         reset_page_owner(page, order);
1141         page_table_check_free(page, order);
1142
1143         if (!PageHighMem(page)) {
1144                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1145                                            PAGE_SIZE << order);
1146                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1147                                            PAGE_SIZE << order);
1148         }
1149
1150         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1151
1152         /*
1153          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1154          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1155          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1156          *
1157          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1158          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1159          */
1160         if (!skip_kasan_poison) {
1161                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1162
1163                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1164                 if (kasan_has_integrated_init())
1165                         init = false;
1166         }
1167         if (init)
1168                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1169
1170         /*
1171          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1172          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1173          * happen after this.
1174          */
1175         arch_free_page(page, order);
1176
1177         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1178
1179         return true;
1180 }
1181
1182 /*
1183  * Frees a number of pages from the PCP lists
1184  * Assumes all pages on list are in same zone.
1185  * count is the number of pages to free.
1186  */
1187 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1188                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1189                                         int pindex)
1190 {
1191         unsigned long flags;
1192         unsigned int order;
1193         bool isolated_pageblocks;
1194         struct page *page;
1195
1196         /*
1197          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1198          * below while (list_empty(list)) loop.
1199          */
1200         count = min(pcp->count, count);
1201
1202         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1203         pindex = pindex - 1;
1204
1205         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1206         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1207
1208         while (count > 0) {
1209                 struct list_head *list;
1210                 int nr_pages;
1211
1212                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1213                 do {
1214                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1215                                 pindex = 0;
1216                         list = &pcp->lists[pindex];
1217                 } while (list_empty(list));
1218
1219                 order = pindex_to_order(pindex);
1220                 nr_pages = 1 << order;
1221                 do {
1222                         int mt;
1223
1224                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1225                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1226
1227                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1228                         list_del(&page->pcp_list);
1229                         count -= nr_pages;
1230                         pcp->count -= nr_pages;
1231
1232                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1233                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1234                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1235                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1236                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1237
1238                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1239                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1240                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1241         }
1242
1243         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1244 }
1245
1246 static void free_one_page(struct zone *zone,
1247                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1248                                 unsigned int order,
1249                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1250 {
1251         unsigned long flags;
1252
1253         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1254         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1255                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1256                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1257         }
1258         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1259         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1260 }
1261
1262 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1263                             fpi_t fpi_flags)
1264 {
1265         int migratetype;
1266         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1267         struct zone *zone = page_zone(page);
1268
1269         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1270                 return;
1271
1272         /*
1273          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1274          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1275          * This will reduce the lock holding time.
1276          */
1277         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1278
1279         free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, fpi_flags);
1280
1281         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1282 }
1283
1284 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1285 {
1286         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1287         struct page *p = page;
1288         unsigned int loop;
1289
1290         /*
1291          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1292          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1293          * refcount of all involved pages to 0.
1294          */
1295         prefetchw(p);
1296         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1297                 prefetchw(p + 1);
1298                 __ClearPageReserved(p);
1299                 set_page_count(p, 0);
1300         }
1301         __ClearPageReserved(p);
1302         set_page_count(p, 0);
1303
1304         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1305
1306         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1307                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1308                         return;
1309
1310                 accept_page(page, order);
1311         }
1312
1313         /*
1314          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1315          * relevant for memory onlining.
1316          */
1317         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1318 }
1319
1320 /*
1321  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1322  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1323  * with the migration of free compaction scanner.
1324  *
1325  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1326  *
1327  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1328  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1329  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1330  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1331  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1332  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1333  * page in a pageblock.
1334  *
1335  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1336  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1337  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1338  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1339  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1340  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1341  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1342  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1343  */
1344 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1345                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1346 {
1347         struct page *start_page;
1348         struct page *end_page;
1349
1350         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1351         end_pfn--;
1352
1353         if (!pfn_valid(end_pfn))
1354                 return NULL;
1355
1356         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1357         if (!start_page)
1358                 return NULL;
1359
1360         if (page_zone(start_page) != zone)
1361                 return NULL;
1362
1363         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1364
1365         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1366         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1367                 return NULL;
1368
1369         return start_page;
1370 }
1371
1372 /*
1373  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1374  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1375  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1376  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1377  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1378  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1379  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1380  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1381  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1382  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1383  *
1384  * -- nyc
1385  */
1386 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1387         int low, int high, int migratetype)
1388 {
1389         unsigned long size = 1 << high;
1390
1391         while (high > low) {
1392                 high--;
1393                 size >>= 1;
1394                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1395
1396                 /*
1397                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1398                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1399                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1400                  * pages will stay not present in virtual address space
1401                  */
1402                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1403                         continue;
1404
1405                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1406                 set_buddy_order(&page[size], high);
1407         }
1408 }
1409
1410 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1411 {
1412         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1413                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1414                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1415                 return;
1416         }
1417
1418         bad_page(page,
1419                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1420 }
1421
1422 /*
1423  * This page is about to be returned from the page allocator
1424  */
1425 static int check_new_page(struct page *page)
1426 {
1427         if (likely(page_expected_state(page,
1428                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1429                 return 0;
1430
1431         check_new_page_bad(page);
1432         return 1;
1433 }
1434
1435 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1436 {
1437         if (is_check_pages_enabled()) {
1438                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1439                         struct page *p = page + i;
1440
1441                         if (check_new_page(p))
1442                                 return true;
1443                 }
1444         }
1445
1446         return false;
1447 }
1448
1449 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1450 {
1451         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1452         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1453             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1454                 return false;
1455
1456         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1457         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1458                 return true;
1459
1460         /*
1461          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1462          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1463          */
1464         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1465 }
1466
1467 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1468 {
1469         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1470         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1471                 return false;
1472
1473         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1474         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1475 }
1476
1477 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1478                                 gfp_t gfp_flags)
1479 {
1480         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1481                         !should_skip_init(gfp_flags);
1482         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1483         int i;
1484
1485         set_page_private(page, 0);
1486         set_page_refcounted(page);
1487
1488         arch_alloc_page(page, order);
1489         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1490
1491         /*
1492          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1493          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1494          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1495          */
1496         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1497
1498         /*
1499          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1500          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1501          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1502          */
1503
1504         /*
1505          * If memory tags should be zeroed
1506          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1507          */
1508         if (zero_tags) {
1509                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1510                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1511                         tag_clear_highpage(page + i);
1512
1513                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1514                 init = false;
1515         }
1516         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1517             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1518                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1519                 if (kasan_has_integrated_init())
1520                         init = false;
1521         } else {
1522                 /*
1523                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1524                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1525                  */
1526                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1527                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1528         }
1529         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1530         if (init)
1531                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1532
1533         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1534         page_table_check_alloc(page, order);
1535 }
1536
1537 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1538                                                         unsigned int alloc_flags)
1539 {
1540         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1541
1542         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1543                 prep_compound_page(page, order);
1544
1545         /*
1546          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1547          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1548          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1549          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1550          */
1551         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1552                 set_page_pfmemalloc(page);
1553         else
1554                 clear_page_pfmemalloc(page);
1555 }
1556
1557 /*
1558  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1559  * the smallest available page from the freelists
1560  */
1561 static __always_inline
1562 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1563                                                 int migratetype)
1564 {
1565         unsigned int current_order;
1566         struct free_area *area;
1567         struct page *page;
1568
1569         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1570         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1571                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1572                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1573                 if (!page)
1574                         continue;
1575                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1576                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1577                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1578                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1579                                 pcp_allowed_order(order) &&
1580                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1581                 return page;
1582         }
1583
1584         return NULL;
1585 }
1586
1587
1588 /*
1589  * This array describes the order lists are fallen back to when
1590  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1591  *
1592  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1593  */
1594 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1595         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1596         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1597         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1598 };
1599
1600 #ifdef CONFIG_CMA
1601 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1602                                         unsigned int order)
1603 {
1604         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1605 }
1606 #else
1607 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1608                                         unsigned int order) { return NULL; }
1609 #endif
1610
1611 /*
1612  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1613  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1614  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1615  */
1616 static int move_freepages(struct zone *zone,
1617                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1618                           int migratetype, int *num_movable)
1619 {
1620         struct page *page;
1621         unsigned long pfn;
1622         unsigned int order;
1623         int pages_moved = 0;
1624
1625         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1626                 page = pfn_to_page(pfn);
1627                 if (!PageBuddy(page)) {
1628                         /*
1629                          * We assume that pages that could be isolated for
1630                          * migration are movable. But we don't actually try
1631                          * isolating, as that would be expensive.
1632                          */
1633                         if (num_movable &&
1634                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1635                                 (*num_movable)++;
1636                         pfn++;
1637                         continue;
1638                 }
1639
1640                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1641                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1642                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1643
1644                 order = buddy_order(page);
1645                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1646                 pfn += 1 << order;
1647                 pages_moved += 1 << order;
1648         }
1649
1650         return pages_moved;
1651 }
1652
1653 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1654                                 int migratetype, int *num_movable)
1655 {
1656         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1657
1658         if (num_movable)
1659                 *num_movable = 0;
1660
1661         pfn = page_to_pfn(page);
1662         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1663         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1664
1665         /* Do not cross zone boundaries */
1666         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1667                 start_pfn = pfn;
1668         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1669                 return 0;
1670
1671         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1672                                                                 num_movable);
1673 }
1674
1675 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1676                                         int start_order, int migratetype)
1677 {
1678         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1679
1680         while (nr_pageblocks--) {
1681                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1682                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1683         }
1684 }
1685
1686 /*
1687  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1688  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1689  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1690  *
1691  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1692  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1693  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1694  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1695  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1696  * pageblocks.
1697  */
1698 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1699 {
1700         /*
1701          * Leaving this order check is intended, although there is
1702          * relaxed order check in next check. The reason is that
1703          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1704          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1705          * so could be changed anytime.
1706          */
1707         if (order >= pageblock_order)
1708                 return true;
1709
1710         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1711                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1712                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1713                 page_group_by_mobility_disabled)
1714                 return true;
1715
1716         return false;
1717 }
1718
1719 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1720 {
1721         unsigned long max_boost;
1722
1723         if (!watermark_boost_factor)
1724                 return false;
1725         /*
1726          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1727          * On small machines, including kdump capture kernels running
1728          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1729          * memory situation immediately.
1730          */
1731         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1732                 return false;
1733
1734         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1735                         watermark_boost_factor, 10000);
1736
1737         /*
1738          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1739          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1740          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1741          * allocations that early means that reclaim is not going
1742          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1743          * boosted watermark resulting in a hang.
1744          */
1745         if (!max_boost)
1746                 return false;
1747
1748         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1749
1750         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1751                 max_boost);
1752
1753         return true;
1754 }
1755
1756 /*
1757  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1758  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1759  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1760  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1761  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1762  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1763  */
1764 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1765                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1766 {
1767         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1768         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1769         int old_block_type;
1770
1771         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1772
1773         /*
1774          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1775          * highatomic accounting.
1776          */
1777         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1778                 goto single_page;
1779
1780         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1781         if (current_order >= pageblock_order) {
1782                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1783                 goto single_page;
1784         }
1785
1786         /*
1787          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1788          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1789          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1790          */
1791         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1792                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1793
1794         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1795         if (!whole_block)
1796                 goto single_page;
1797
1798         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1799                                                 &movable_pages);
1800         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1801         if (!free_pages)
1802                 goto single_page;
1803
1804         /*
1805          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1806          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1807          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1808          */
1809         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1810                 alike_pages = movable_pages;
1811         } else {
1812                 /*
1813                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1814                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1815                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1816                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1817                  * exact migratetype of non-movable pages.
1818                  */
1819                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1820                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1821                                                 - (free_pages + movable_pages);
1822                 else
1823                         alike_pages = 0;
1824         }
1825         /*
1826          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1827          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1828          */
1829         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1830                         page_group_by_mobility_disabled)
1831                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1832
1833         return;
1834
1835 single_page:
1836         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1841  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1842  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1843  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1844  */
1845 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1846                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1847 {
1848         int i;
1849         int fallback_mt;
1850
1851         if (area->nr_free == 0)
1852                 return -1;
1853
1854         *can_steal = false;
1855         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1856                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1857                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1858                         continue;
1859
1860                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1861                         *can_steal = true;
1862
1863                 if (!only_stealable)
1864                         return fallback_mt;
1865
1866                 if (*can_steal)
1867                         return fallback_mt;
1868         }
1869
1870         return -1;
1871 }
1872
1873 /*
1874  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1875  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1876  */
1877 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1878 {
1879         int mt;
1880         unsigned long max_managed, flags;
1881
1882         /*
1883          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1884          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1885          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1886          * Check is race-prone but harmless.
1887          */
1888         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1889                 return;
1890         max_managed = ALIGN((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 < NR_PAGE_ORDERS; 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_PAGE_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 < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2055                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2056                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2057                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2058                 if (fallback_mt != -1)
2059                         break;
2060         }
2061
2062         /*
2063          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2064          * when looking for the largest page.
2065          */
2066         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2067
2068 do_steal:
2069         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2070
2071         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2072                                                                 can_steal);
2073
2074         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2075                 start_migratetype, fallback_mt);
2076
2077         return true;
2078
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2083  * Call me with the zone->lock already held.
2084  */
2085 static __always_inline struct page *
2086 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2087                                                 unsigned int alloc_flags)
2088 {
2089         struct page *page;
2090
2091         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2092                 /*
2093                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2094                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2095                  * is in the CMA area.
2096                  */
2097                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2098                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2099                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2100                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2101                         if (page)
2102                                 return page;
2103                 }
2104         }
2105 retry:
2106         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2107         if (unlikely(!page)) {
2108                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2109                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2110
2111                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2112                                                                 alloc_flags))
2113                         goto retry;
2114         }
2115         return page;
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2120  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2121  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2122  */
2123 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2124                         unsigned long count, struct list_head *list,
2125                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2126 {
2127         unsigned long flags;
2128         int i;
2129
2130         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2131         for (i = 0; i < count; ++i) {
2132                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2133                                                                 alloc_flags);
2134                 if (unlikely(page == NULL))
2135                         break;
2136
2137                 /*
2138                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2139                  * physical page order. The page is added to the tail of
2140                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2141                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2142                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2143                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2144                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2145                  * pages are ordered properly.
2146                  */
2147                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2148                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2149                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2150                                               -(1 << order));
2151         }
2152
2153         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2154         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2155
2156         return i;
2157 }
2158
2159 /*
2160  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2161  * Return whether there are addition works to do.
2162  */
2163 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2164 {
2165         int high_min, to_drain, batch;
2166         int todo = 0;
2167
2168         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2169         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2170         /*
2171          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2172          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2173          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2174          */
2175         if (pcp->high > high_min) {
2176                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2177                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2178                 if (pcp->high > high_min)
2179                         todo++;
2180         }
2181
2182         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2183         if (to_drain > 0) {
2184                 spin_lock(&pcp->lock);
2185                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2186                 spin_unlock(&pcp->lock);
2187                 todo++;
2188         }
2189
2190         return todo;
2191 }
2192
2193 #ifdef CONFIG_NUMA
2194 /*
2195  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2196  * currently executing processor on remote nodes after they have
2197  * expired.
2198  */
2199 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2200 {
2201         int to_drain, batch;
2202
2203         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2204         to_drain = min(pcp->count, batch);
2205         if (to_drain > 0) {
2206                 spin_lock(&pcp->lock);
2207                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2208                 spin_unlock(&pcp->lock);
2209         }
2210 }
2211 #endif
2212
2213 /*
2214  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2215  */
2216 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2217 {
2218         struct per_cpu_pages *pcp;
2219
2220         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2221         if (pcp->count) {
2222                 spin_lock(&pcp->lock);
2223                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2224                 spin_unlock(&pcp->lock);
2225         }
2226 }
2227
2228 /*
2229  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2230  */
2231 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2232 {
2233         struct zone *zone;
2234
2235         for_each_populated_zone(zone) {
2236                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2237         }
2238 }
2239
2240 /*
2241  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2242  */
2243 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2244 {
2245         int cpu = smp_processor_id();
2246
2247         if (zone)
2248                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2249         else
2250                 drain_pages(cpu);
2251 }
2252
2253 /*
2254  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2255  * drain on all cpus.
2256  *
2257  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2258  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2259  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2260  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2261  * optimizing racy check.
2262  */
2263 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2264 {
2265         int cpu;
2266
2267         /*
2268          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2269          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2270          */
2271         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2272
2273         /*
2274          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2275          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2276          * the drain to be complete when the call returns.
2277          */
2278         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2279                 if (!zone)
2280                         return;
2281                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2282         }
2283
2284         /*
2285          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2286          * as offline notification will cause the notified
2287          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2288          * disables preemption as part of its processing
2289          */
2290         for_each_online_cpu(cpu) {
2291                 struct per_cpu_pages *pcp;
2292                 struct zone *z;
2293                 bool has_pcps = false;
2294
2295                 if (force_all_cpus) {
2296                         /*
2297                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2298                          * guarantee that no cpu is missed.
2299                          */
2300                         has_pcps = true;
2301                 } else if (zone) {
2302                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2303                         if (pcp->count)
2304                                 has_pcps = true;
2305                 } else {
2306                         for_each_populated_zone(z) {
2307                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2308                                 if (pcp->count) {
2309                                         has_pcps = true;
2310                                         break;
2311                                 }
2312                         }
2313                 }
2314
2315                 if (has_pcps)
2316                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2317                 else
2318                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2319         }
2320
2321         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2322                 if (zone)
2323                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2324                 else
2325                         drain_pages(cpu);
2326         }
2327
2328         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2333  *
2334  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2335  */
2336 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2337 {
2338         __drain_all_pages(zone, false);
2339 }
2340
2341 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2342                                                         unsigned int order)
2343 {
2344         int migratetype;
2345
2346         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2347                 return false;
2348
2349         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2350         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2351         return true;
2352 }
2353
2354 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2355 {
2356         int min_nr_free, max_nr_free;
2357
2358         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2359         if (unlikely(free_high))
2360                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2361
2362         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2363         if (unlikely(high < batch))
2364                 return 1;
2365
2366         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2367         min_nr_free = batch;
2368         max_nr_free = high - batch;
2369
2370         /*
2371          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2372          * freed pages to reduce zone lock contention.
2373          */
2374         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2375
2376         return batch;
2377 }
2378
2379 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2380                        int batch, bool free_high)
2381 {
2382         int high, high_min, high_max;
2383
2384         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2385         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2386         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2387
2388         if (unlikely(!high))
2389                 return 0;
2390
2391         if (unlikely(free_high)) {
2392                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2393                                 high_min);
2394                 return 0;
2395         }
2396
2397         /*
2398          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2399          * stored on pcp lists
2400          */
2401         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2402                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2403
2404                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2405                 return min(batch << 2, pcp->high);
2406         }
2407
2408         if (high_min == high_max)
2409                 return high;
2410
2411         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2412                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2413
2414                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2415                 high = max(pcp->count, high_min);
2416         } else if (pcp->count >= high) {
2417                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2418
2419                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2420                 if (pcp->high < need_high)
2421                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2422         }
2423
2424         return high;
2425 }
2426
2427 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2428                                    struct page *page, int migratetype,
2429                                    unsigned int order)
2430 {
2431         int high, batch;
2432         int pindex;
2433         bool free_high = false;
2434
2435         /*
2436          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2437          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2438          * allocations.
2439          */
2440         pcp->alloc_factor >>= 1;
2441         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2442         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2443         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2444         pcp->count += 1 << order;
2445
2446         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2447         /*
2448          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2449          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2450          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2451          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2452          */
2453         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2454                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2455                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2456                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2457                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2458                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2459         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2460                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2461         }
2462         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2463                 pcp->free_count += (1 << order);
2464         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2465         if (pcp->count >= high) {
2466                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2467                                    pcp, pindex);
2468                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2469                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2470                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2471                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2472         }
2473 }
2474
2475 /*
2476  * Free a pcp page
2477  */
2478 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2479 {
2480         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2481         struct per_cpu_pages *pcp;
2482         struct zone *zone;
2483         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2484         int migratetype, pcpmigratetype;
2485
2486         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2487                 return;
2488
2489         /*
2490          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2491          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2492          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2493          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2494          * excessively into the page allocator
2495          */
2496         migratetype = pcpmigratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2497         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2498                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2499                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2500                         return;
2501                 }
2502                 pcpmigratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2503         }
2504
2505         zone = page_zone(page);
2506         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2507         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2508         if (pcp) {
2509                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, pcpmigratetype, order);
2510                 pcp_spin_unlock(pcp);
2511         } else {
2512                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2513         }
2514         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2515 }
2516
2517 /*
2518  * Free a list of 0-order pages
2519  */
2520 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2521 {
2522         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2523         struct page *page, *next;
2524         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2525         struct zone *locked_zone = NULL;
2526         int batch_count = 0;
2527         int migratetype;
2528
2529         /* Prepare pages for freeing */
2530         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2531                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2532                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2533                         list_del(&page->lru);
2534                         continue;
2535                 }
2536
2537                 /*
2538                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2539                  * comment in free_unref_page.
2540                  */
2541                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2542                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2543                         list_del(&page->lru);
2544                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2545                         continue;
2546                 }
2547         }
2548
2549         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2550                 struct zone *zone = page_zone(page);
2551
2552                 list_del(&page->lru);
2553                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2554
2555                 /*
2556                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2557                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2558                  * pages.
2559                  */
2560                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2561                         if (pcp) {
2562                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2563                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2564                         }
2565
2566                         batch_count = 0;
2567
2568                         /*
2569                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2570                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2571                          */
2572                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2573                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2574                         if (unlikely(!pcp)) {
2575                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2576                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2577                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2578                                 locked_zone = NULL;
2579                                 continue;
2580                         }
2581                         locked_zone = zone;
2582                 }
2583
2584                 /*
2585                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2586                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2587                  */
2588                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2589                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2590
2591                 trace_mm_page_free_batched(page);
2592                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2593                 batch_count++;
2594         }
2595
2596         if (pcp) {
2597                 pcp_spin_unlock(pcp);
2598                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2599         }
2600 }
2601
2602 /*
2603  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2604  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2605  * Each sub-page must be freed individually.
2606  *
2607  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2608  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2609  */
2610 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2611 {
2612         int i;
2613
2614         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2615         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2616
2617         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2618                 set_page_refcounted(page + i);
2619         split_page_owner(page, 1 << order);
2620         split_page_memcg(page, 1 << order);
2621 }
2622 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2623
2624 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2625 {
2626         struct zone *zone = page_zone(page);
2627         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2628
2629         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2630                 unsigned long watermark;
2631                 /*
2632                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2633                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2634                  * watermark, because we already know our high-order page
2635                  * exists.
2636                  */
2637                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2638                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2639                         return 0;
2640
2641                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2642         }
2643
2644         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2645
2646         /*
2647          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2648          * pageblock
2649          */
2650         if (order >= pageblock_order - 1) {
2651                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2652                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2653                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2654                         /*
2655                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2656                          * with others)
2657                          */
2658                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2659                                 set_pageblock_migratetype(page,
2660                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2661                 }
2662         }
2663
2664         return 1UL << order;
2665 }
2666
2667 /**
2668  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2669  * @page: Page that was isolated
2670  * @order: Order of the isolated page
2671  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2672  *
2673  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2674  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2675  */
2676 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2677 {
2678         struct zone *zone = page_zone(page);
2679
2680         /* zone lock should be held when this function is called */
2681         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2682
2683         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2684         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2685                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2686 }
2687
2688 /*
2689  * Update NUMA hit/miss statistics
2690  */
2691 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2692                                    long nr_account)
2693 {
2694 #ifdef CONFIG_NUMA
2695         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2696
2697         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2698         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2699                 return;
2700
2701         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2702                 local_stat = NUMA_OTHER;
2703
2704         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2705                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2706         else {
2707                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2708                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2709         }
2710         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2711 #endif
2712 }
2713
2714 static __always_inline
2715 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2716                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2717                            int migratetype)
2718 {
2719         struct page *page;
2720         unsigned long flags;
2721
2722         do {
2723                 page = NULL;
2724                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2725                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2726                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2727                 if (!page) {
2728                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2729
2730                         /*
2731                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2732                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2733                          * failing a high-order atomic allocation in the
2734                          * future.
2735                          */
2736                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2737                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2738
2739                         if (!page) {
2740                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2741                                 return NULL;
2742                         }
2743                 }
2744                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2745                                           get_pcppage_migratetype(page));
2746                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2747         } while (check_new_pages(page, order));
2748
2749         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2750         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2751
2752         return page;
2753 }
2754
2755 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2756 {
2757         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2758         int high_max, high_min;
2759
2760         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2761         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2762         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2763         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2764
2765         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2766         if (unlikely(high < base_batch))
2767                 return 1;
2768
2769         if (order)
2770                 batch = base_batch;
2771         else
2772                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2773
2774         /*
2775          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2776          * zone.
2777          */
2778         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2779                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2780
2781         if (!order) {
2782                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2783                 /*
2784                  * Double the number of pages allocated each time there is
2785                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2786                  */
2787                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2788                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2789                         pcp->alloc_factor++;
2790                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2791         }
2792
2793         /*
2794          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2795          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2796          * for boot pagesets which should never store free pages as
2797          * the pages may belong to arbitrary zones.
2798          */
2799         if (batch > 1)
2800                 batch = max(batch >> order, 2);
2801
2802         return batch;
2803 }
2804
2805 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2806 static inline
2807 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2808                         int migratetype,
2809                         unsigned int alloc_flags,
2810                         struct per_cpu_pages *pcp,
2811                         struct list_head *list)
2812 {
2813         struct page *page;
2814
2815         do {
2816                 if (list_empty(list)) {
2817                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2818                         int alloced;
2819
2820                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2821                                         batch, list,
2822                                         migratetype, alloc_flags);
2823
2824                         pcp->count += alloced << order;
2825                         if (unlikely(list_empty(list)))
2826                                 return NULL;
2827                 }
2828
2829                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2830                 list_del(&page->pcp_list);
2831                 pcp->count -= 1 << order;
2832         } while (check_new_pages(page, order));
2833
2834         return page;
2835 }
2836
2837 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2838 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2839                         struct zone *zone, unsigned int order,
2840                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2841 {
2842         struct per_cpu_pages *pcp;
2843         struct list_head *list;
2844         struct page *page;
2845         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2846
2847         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2848         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2849         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2850         if (!pcp) {
2851                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2852                 return NULL;
2853         }
2854
2855         /*
2856          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2857          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2858          * frees.
2859          */
2860         pcp->free_count >>= 1;
2861         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2862         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2863         pcp_spin_unlock(pcp);
2864         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2865         if (page) {
2866                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2867                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2868         }
2869         return page;
2870 }
2871
2872 /*
2873  * Allocate a page from the given zone.
2874  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2875  */
2876
2877 /*
2878  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2879  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2880  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2881  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2882  */
2883 __no_sanitize_memory
2884 static inline
2885 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2886                         struct zone *zone, unsigned int order,
2887                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2888                         int migratetype)
2889 {
2890         struct page *page;
2891
2892         /*
2893          * We most definitely don't want callers attempting to
2894          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2895          */
2896         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2897
2898         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2899                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2900                                        migratetype, alloc_flags);
2901                 if (likely(page))
2902                         goto out;
2903         }
2904
2905         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2906                                                         migratetype);
2907
2908 out:
2909         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2910         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2911             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2912                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2913                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2914         }
2915
2916         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2917         return page;
2918 }
2919
2920 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2921 {
2922         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2923 }
2924 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2925
2926 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2927                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2928 {
2929         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2930
2931         /*
2932          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2933          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2934          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2935          */
2936         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2937                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2938
2939 #ifdef CONFIG_CMA
2940         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2941         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2942                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2943 #endif
2944 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2945         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2946 #endif
2947
2948         return unusable_free;
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2953  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2954  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2955  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2956  */
2957 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2958                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2959                          long free_pages)
2960 {
2961         long min = mark;
2962         int o;
2963
2964         /* free_pages may go negative - that's OK */
2965         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2966
2967         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2968                 /*
2969                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2970                  * as OOM.
2971                  */
2972                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2973                         min -= min / 2;
2974
2975                         /*
2976                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2977                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2978                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2979                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2980                          * access to the min reserve.
2981                          */
2982                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2983                                 min -= min / 4;
2984                 }
2985
2986                 /*
2987                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2988                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2989                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2990                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2991                  */
2992                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2993                         min -= min / 2;
2994         }
2995
2996         /*
2997          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2998          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2999          * even if a suitable page happened to be free.
3000          */
3001         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3002                 return false;
3003
3004         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3005         if (!order)
3006                 return true;
3007
3008         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3009         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3010                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3011                 int mt;
3012
3013                 if (!area->nr_free)
3014                         continue;
3015
3016                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3017                         if (!free_area_empty(area, mt))
3018                                 return true;
3019                 }
3020
3021 #ifdef CONFIG_CMA
3022                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3023                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3024                         return true;
3025                 }
3026 #endif
3027                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3028                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3029                         return true;
3030                 }
3031         }
3032         return false;
3033 }
3034
3035 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3036                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3037 {
3038         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3039                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3040 }
3041
3042 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3043                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3044                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3045 {
3046         long free_pages;
3047
3048         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3049
3050         /*
3051          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3052          * need to be calculated.
3053          */
3054         if (!order) {
3055                 long usable_free;
3056                 long reserved;
3057
3058                 usable_free = free_pages;
3059                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3060
3061                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3062                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3063                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3064                         return true;
3065         }
3066
3067         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3068                                         free_pages))
3069                 return true;
3070
3071         /*
3072          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3073          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3074          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3075          * when below the low watermark.
3076          */
3077         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3078                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3079                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3080                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3081                                         alloc_flags, free_pages);
3082         }
3083
3084         return false;
3085 }
3086
3087 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3088                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3089 {
3090         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3091
3092         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3093                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3094
3095         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3096                                                                 free_pages);
3097 }
3098
3099 #ifdef CONFIG_NUMA
3100 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3101
3102 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3103 {
3104         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3105                                 node_reclaim_distance;
3106 }
3107 #else   /* CONFIG_NUMA */
3108 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3109 {
3110         return true;
3111 }
3112 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3113
3114 /*
3115  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3116  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3117  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3118  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3119  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3120  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3121  */
3122 static inline unsigned int
3123 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3124 {
3125         unsigned int alloc_flags;
3126
3127         /*
3128          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3129          * to save a branch.
3130          */
3131         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3132
3133 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3134         if (!zone)
3135                 return alloc_flags;
3136
3137         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3138                 return alloc_flags;
3139
3140         /*
3141          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3142          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3143          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3144          */
3145         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3146         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3147                 return alloc_flags;
3148
3149         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3150 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3151         return alloc_flags;
3152 }
3153
3154 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3155 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3156                                                   unsigned int alloc_flags)
3157 {
3158 #ifdef CONFIG_CMA
3159         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3160                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3161 #endif
3162         return alloc_flags;
3163 }
3164
3165 /*
3166  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3167  * a page.
3168  */
3169 static struct page *
3170 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3171                                                 const struct alloc_context *ac)
3172 {
3173         struct zoneref *z;
3174         struct zone *zone;
3175         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3176         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3177         bool no_fallback;
3178
3179 retry:
3180         /*
3181          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3182          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3183          */
3184         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3185         z = ac->preferred_zoneref;
3186         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3187                                         ac->nodemask) {
3188                 struct page *page;
3189                 unsigned long mark;
3190
3191                 if (cpusets_enabled() &&
3192                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3193                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3194                                 continue;
3195                 /*
3196                  * When allocating a page cache page for writing, we
3197                  * want to get it from a node that is within its dirty
3198                  * limit, such that no single node holds more than its
3199                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3200                  * The dirty limits take into account the node's
3201                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3202                  * should be able to balance it without having to
3203                  * write pages from its LRU list.
3204                  *
3205                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3206                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3207                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3208                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3209                  * nodes are together not big enough to reach the
3210                  * global limit.  The proper fix for these situations
3211                  * will require awareness of nodes in the
3212                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3213                  */
3214                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3215                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3216                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3217                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3218                         }
3219
3220                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3221                                 continue;
3222                 }
3223
3224                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3225                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3226                         int local_nid;
3227
3228                         /*
3229                          * If moving to a remote node, retry but allow
3230                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3231                          * than fragmentation avoidance.
3232                          */
3233                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3234                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3235                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3236                                 goto retry;
3237                         }
3238                 }
3239
3240                 /*
3241                  * Detect whether the number of free pages is below high
3242                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3243                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3244                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3245                  * avoid to do that in hotter free path.
3246                  */
3247                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3248                         goto check_alloc_wmark;
3249
3250                 mark = high_wmark_pages(zone);
3251                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3252                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3253                                         gfp_mask))
3254                         goto try_this_zone;
3255                 else
3256                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3257
3258 check_alloc_wmark:
3259                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3260                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3261                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3262                                        gfp_mask)) {
3263                         int ret;
3264
3265                         if (has_unaccepted_memory()) {
3266                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3267                                         goto try_this_zone;
3268                         }
3269
3270 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3271                         /*
3272                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3273                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3274                          */
3275                         if (deferred_pages_enabled()) {
3276                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3277                                         goto try_this_zone;
3278                         }
3279 #endif
3280                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3281                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3282                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3283                                 goto try_this_zone;
3284
3285                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3286                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3287                                 continue;
3288
3289                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3290                         switch (ret) {
3291                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3292                                 /* did not scan */
3293                                 continue;
3294                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3295                                 /* scanned but unreclaimable */
3296                                 continue;
3297                         default:
3298                                 /* did we reclaim enough */
3299                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3300                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3301                                         goto try_this_zone;
3302
3303                                 continue;
3304                         }
3305                 }
3306
3307 try_this_zone:
3308                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3309                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3310                 if (page) {
3311                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3312
3313                         /*
3314                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3315                          * if the pageblock should be reserved for the future
3316                          */
3317                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3318                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3319
3320                         return page;
3321                 } else {
3322                         if (has_unaccepted_memory()) {
3323                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3324                                         goto try_this_zone;
3325                         }
3326
3327 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3328                         /* Try again if zone has deferred pages */
3329                         if (deferred_pages_enabled()) {
3330                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3331                                         goto try_this_zone;
3332                         }
3333 #endif
3334                 }
3335         }
3336
3337         /*
3338          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3339          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3340          */
3341         if (no_fallback) {
3342                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3343                 goto retry;
3344         }
3345
3346         return NULL;
3347 }
3348
3349 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3350 {
3351         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3352
3353         /*
3354          * This documents exceptions given to allocations in certain
3355          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3356          * of allowed nodes.
3357          */
3358         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3359                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3360                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3361                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3362         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3363                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3364
3365         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3366 }
3367
3368 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3369 {
3370         struct va_format vaf;
3371         va_list args;
3372         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3373
3374         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3375              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3376              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3377                 return;
3378
3379         va_start(args, fmt);
3380         vaf.fmt = fmt;
3381         vaf.va = &args;
3382         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3383                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3384                         nodemask_pr_args(nodemask));
3385         va_end(args);
3386
3387         cpuset_print_current_mems_allowed();
3388         pr_cont("\n");
3389         dump_stack();
3390         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3391 }
3392
3393 static inline struct page *
3394 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3395                               unsigned int alloc_flags,
3396                               const struct alloc_context *ac)
3397 {
3398         struct page *page;
3399
3400         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3401                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3402         /*
3403          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3404          * are depleted
3405          */
3406         if (!page)
3407                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3408                                 alloc_flags, ac);
3409
3410         return page;
3411 }
3412
3413 static inline struct page *
3414 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3415         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3416 {
3417         struct oom_control oc = {
3418                 .zonelist = ac->zonelist,
3419                 .nodemask = ac->nodemask,
3420                 .memcg = NULL,
3421                 .gfp_mask = gfp_mask,
3422                 .order = order,
3423         };
3424         struct page *page;
3425
3426         *did_some_progress = 0;
3427
3428         /*
3429          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3430          * making progress for us.
3431          */
3432         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3433                 *did_some_progress = 1;
3434                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3435                 return NULL;
3436         }
3437
3438         /*
3439          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3440          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3441          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3442          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3443          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3444          */
3445         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3446                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3447                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3448         if (page)
3449                 goto out;
3450
3451         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3452         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3453                 goto out;
3454         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3455         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3456                 goto out;
3457         /*
3458          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3459          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3460          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3461          * fallback than shooting a random task.
3462          *
3463          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3464          */
3465         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3466                 goto out;
3467         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3468         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3469                 goto out;
3470         if (pm_suspended_storage())
3471                 goto out;
3472         /*
3473          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3474          * other request to make a forward progress.
3475          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3476          * do much for this context but let's try it to at least get
3477          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3478          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3479          * failures more gracefully we should just bail out here.
3480          */
3481
3482         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3483         if (out_of_memory(&oc) ||
3484             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3485                 *did_some_progress = 1;
3486
3487                 /*
3488                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3489                  * reserves
3490                  */
3491                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3492                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3493                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3494         }
3495 out:
3496         mutex_unlock(&oom_lock);
3497         return page;
3498 }
3499
3500 /*
3501  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3502  * killer is consider as the only way to move forward.
3503  */
3504 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3505
3506 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3507 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3508 static struct page *
3509 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3510                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3511                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3512 {
3513         struct page *page = NULL;
3514         unsigned long pflags;
3515         unsigned int noreclaim_flag;
3516
3517         if (!order)
3518                 return NULL;
3519
3520         psi_memstall_enter(&pflags);
3521         delayacct_compact_start();
3522         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3523
3524         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3525                                                                 prio, &page);
3526
3527         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3528         psi_memstall_leave(&pflags);
3529         delayacct_compact_end();
3530
3531         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3532                 return NULL;
3533         /*
3534          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3535          * count a compaction stall
3536          */
3537         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3538
3539         /* Prep a captured page if available */
3540         if (page)
3541                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3542
3543         /* Try get a page from the freelist if available */
3544         if (!page)
3545                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3546
3547         if (page) {
3548                 struct zone *zone = page_zone(page);
3549
3550                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3551                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3552                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3553                 return page;
3554         }
3555
3556         /*
3557          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3558          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3559          */
3560         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3561
3562         cond_resched();
3563
3564         return NULL;
3565 }
3566
3567 static inline bool
3568 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3569                      enum compact_result compact_result,
3570                      enum compact_priority *compact_priority,
3571                      int *compaction_retries)
3572 {
3573         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3574         int min_priority;
3575         bool ret = false;
3576         int retries = *compaction_retries;
3577         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3578
3579         if (!order)
3580                 return false;
3581
3582         if (fatal_signal_pending(current))
3583                 return false;
3584
3585         /*
3586          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3587          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3588          */
3589         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3590                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3591                 goto out;
3592         }
3593
3594         /*
3595          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3596          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3597          */
3598         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3599                 /*
3600                  * !costly requests are much more important than
3601                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3602                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3603                  * costly can fail and users are ready to cope with
3604                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3605                  * need much more detailed feedback from compaction to
3606                  * make a better decision.
3607                  */
3608                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3609                         max_retries /= 4;
3610
3611                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3612                         ret = true;
3613                         goto out;
3614                 }
3615         }
3616
3617         /*
3618          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3619          */
3620         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3621                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3622
3623         if (*compact_priority > min_priority) {
3624                 (*compact_priority)--;
3625                 *compaction_retries = 0;
3626                 ret = true;
3627         }
3628 out:
3629         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3630         return ret;
3631 }
3632 #else
3633 static inline struct page *
3634 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3635                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3636                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3637 {
3638         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3639         return NULL;
3640 }
3641
3642 static inline bool
3643 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3644                      enum compact_result compact_result,
3645                      enum compact_priority *compact_priority,
3646                      int *compaction_retries)
3647 {
3648         struct zone *zone;
3649         struct zoneref *z;
3650
3651         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3652                 return false;
3653
3654         /*
3655          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3656          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3657          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3658          * watermarks are OK.
3659          */
3660         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3661                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3662                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3663                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3664                         return true;
3665         }
3666         return false;
3667 }
3668 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3669
3670 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3671 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3672         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3673
3674 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3675 {
3676         /* no reclaim without waiting on it */
3677         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3678                 return false;
3679
3680         /* this guy won't enter reclaim */
3681         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3682                 return false;
3683
3684         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3685                 return false;
3686
3687         return true;
3688 }
3689
3690 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3691 {
3692         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3693 }
3694
3695 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3696 {
3697         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3698 }
3699
3700 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3701 {
3702         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3703
3704         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3705                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3706                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3707
3708 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3709                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3710                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3711 #endif
3712
3713         }
3714 }
3715 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3716
3717 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3718 {
3719         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3720
3721         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3722                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3723                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3724         }
3725 }
3726 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3727 #endif
3728
3729 /*
3730  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3731  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3732  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3733  * embedded spin_lock.
3734  */
3735 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3736
3737 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3738 {
3739         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3740                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3741
3742         return 0;
3743 }
3744
3745 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3746 {
3747         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3748                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3749
3750         return seq;
3751 }
3752
3753 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3754 static unsigned long
3755 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3756                                         const struct alloc_context *ac)
3757 {
3758         unsigned int noreclaim_flag;
3759         unsigned long progress;
3760
3761         cond_resched();
3762
3763         /* We now go into synchronous reclaim */
3764         cpuset_memory_pressure_bump();
3765         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3766         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3767
3768         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3769                                                                 ac->nodemask);
3770
3771         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3772         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3773
3774         cond_resched();
3775
3776         return progress;
3777 }
3778
3779 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3780 static inline struct page *
3781 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3782                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3783                 unsigned long *did_some_progress)
3784 {
3785         struct page *page = NULL;
3786         unsigned long pflags;
3787         bool drained = false;
3788
3789         psi_memstall_enter(&pflags);
3790         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3791         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3792                 goto out;
3793
3794 retry:
3795         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3796
3797         /*
3798          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3799          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3800          * Shrink them and try again
3801          */
3802         if (!page && !drained) {
3803                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3804                 drain_all_pages(NULL);
3805                 drained = true;
3806                 goto retry;
3807         }
3808 out:
3809         psi_memstall_leave(&pflags);
3810
3811         return page;
3812 }
3813
3814 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3815                              const struct alloc_context *ac)
3816 {
3817         struct zoneref *z;
3818         struct zone *zone;
3819         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3820         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3821
3822         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3823                                         ac->nodemask) {
3824                 if (!managed_zone(zone))
3825                         continue;
3826                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3827                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3828                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3829                 }
3830         }
3831 }
3832
3833 static inline unsigned int
3834 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3835 {
3836         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3837
3838         /*
3839          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3840          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3841          * to save two branches.
3842          */
3843         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3844         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3845
3846         /*
3847          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3848          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3849          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3850          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3851          */
3852         alloc_flags |= (__force int)
3853                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3854
3855         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3856                 /*
3857                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3858                  * if it can't schedule.
3859                  */
3860                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3861                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3862
3863                         if (order > 0)
3864                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3865                 }
3866
3867                 /*
3868                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3869                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3870                  * cpuset_node_allowed().
3871                  */
3872                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3873                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3874         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3875                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3876
3877         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3878
3879         return alloc_flags;
3880 }
3881
3882 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3883 {
3884         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3885                 return false;
3886
3887         /*
3888          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3889          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3890          */
3891         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3892                 return false;
3893
3894         return true;
3895 }
3896
3897 /*
3898  * Distinguish requests which really need access to full memory
3899  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3900  */
3901 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3902 {
3903         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3904                 return 0;
3905         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3906                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3907         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3908                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3909         if (!in_interrupt()) {
3910                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3911                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3912                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3913                         return ALLOC_OOM;
3914         }
3915
3916         return 0;
3917 }
3918
3919 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3920 {
3921         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3922 }
3923
3924 /*
3925  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3926  * for the given allocation request.
3927  *
3928  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3929  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3930  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3931  *
3932  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3933  */
3934 static inline bool
3935 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3936                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3937                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3938 {
3939         struct zone *zone;
3940         struct zoneref *z;
3941         bool ret = false;
3942
3943         /*
3944          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3945          * their order will become available due to high fragmentation so
3946          * always increment the no progress counter for them
3947          */
3948         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3949                 *no_progress_loops = 0;
3950         else
3951                 (*no_progress_loops)++;
3952
3953         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3954                 goto out;
3955
3956
3957         /*
3958          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3959          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3960          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3961          * screwed and have to go OOM.
3962          */
3963         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3964                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3965                 unsigned long available;
3966                 unsigned long reclaimable;
3967                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3968                 bool wmark;
3969
3970                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3971                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3972
3973                 /*
3974                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3975                  * reclaimable pages?
3976                  */
3977                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3978                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3979                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3980                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3981                 if (wmark) {
3982                         ret = true;
3983                         break;
3984                 }
3985         }
3986
3987         /*
3988          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
3989          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
3990          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
3991          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
3992          * here rather than calling cond_resched().
3993          */
3994         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3995                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3996         else
3997                 cond_resched();
3998 out:
3999         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4000         if (!ret)
4001                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4002
4003         return ret;
4004 }
4005
4006 static inline bool
4007 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4008 {
4009         /*
4010          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4011          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4012          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4013          * such a way the check therein was true, and then it became false
4014          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4015          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4016          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4017          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4018          * caller can deal with a violated nodemask.
4019          */
4020         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4021                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4022                 ac->nodemask = NULL;
4023                 return true;
4024         }
4025
4026         /*
4027          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4028          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4029          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4030          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4031          * retry.
4032          */
4033         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4034                 return true;
4035
4036         return false;
4037 }
4038
4039 static inline struct page *
4040 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4041                                                 struct alloc_context *ac)
4042 {
4043         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4044         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
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 && can_compact &&
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 and we can compact
4214          */
4215         if (costly_order && (!can_compact ||
4216                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4217                 goto nopage;
4218
4219         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4220                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4221                 goto retry;
4222
4223         /*
4224          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4225          * reclaim is not able to make any progress because the current
4226          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4227          * of free memory (see __compaction_suitable)
4228          */
4229         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4230                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4231                                 compact_result, &compact_priority,
4232                                 &compaction_retries))
4233                 goto retry;
4234
4235
4236         /*
4237          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4238          * a unnecessary OOM kill.
4239          */
4240         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4241             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4242                 goto restart;
4243
4244         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4245         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4246         if (page)
4247                 goto got_pg;
4248
4249         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4250         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4251             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4252              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4253                 goto nopage;
4254
4255         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4256         if (did_some_progress) {
4257                 no_progress_loops = 0;
4258                 goto retry;
4259         }
4260
4261 nopage:
4262         /*
4263          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4264          * a unnecessary OOM kill.
4265          */
4266         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4267             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4268                 goto restart;
4269
4270         /*
4271          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4272          * we always retry
4273          */
4274         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4275                 /*
4276                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4277                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4278                  */
4279                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4280                         goto fail;
4281
4282                 /*
4283                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4284                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4285                  * for somebody to do a work for us
4286                  */
4287                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4288
4289                 /*
4290                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4291                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4292                  * so that we can identify them and convert them to something
4293                  * else.
4294                  */
4295                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4296
4297                 /*
4298                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4299                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4300                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4301                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4302                  * the situation worse.
4303                  */
4304                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4305                 if (page)
4306                         goto got_pg;
4307
4308                 cond_resched();
4309                 goto retry;
4310         }
4311 fail:
4312         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4313                         "page allocation failure: order:%u", order);
4314 got_pg:
4315         return page;
4316 }
4317
4318 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4319                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4320                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4321                 unsigned int *alloc_flags)
4322 {
4323         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4324         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4325         ac->nodemask = nodemask;
4326         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4327
4328         if (cpusets_enabled()) {
4329                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4330                 /*
4331                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4332                  * to the current task context. It means that any node ok.
4333                  */
4334                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4335                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4336                 else
4337                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4338         }
4339
4340         might_alloc(gfp_mask);
4341
4342         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4343                 return false;
4344
4345         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4346
4347         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4348         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4349
4350         /*
4351          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4352          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4353          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4354          */
4355         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4356                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4357
4358         return true;
4359 }
4360
4361 /*
4362  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4363  * @gfp: GFP flags for the allocation
4364  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4365  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4366  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4367  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4368  * @page_array: Optional array to store the pages
4369  *
4370  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4371  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4372  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4373  *
4374  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4375  *
4376  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4377  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4378  *
4379  * Returns the number of pages on the list or array.
4380  */
4381 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4382                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4383                         struct list_head *page_list,
4384                         struct page **page_array)
4385 {
4386         struct page *page;
4387         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4388         struct zone *zone;
4389         struct zoneref *z;
4390         struct per_cpu_pages *pcp;
4391         struct list_head *pcp_list;
4392         struct alloc_context ac;
4393         gfp_t alloc_gfp;
4394         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4395         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4396
4397         /*
4398          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4399          * to be allocated before disabling IRQs.
4400          */
4401         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4402                 nr_populated++;
4403
4404         /* No pages requested? */
4405         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4406                 goto out;
4407
4408         /* Already populated array? */
4409         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4410                 goto out;
4411
4412         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4413         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4414                 goto failed;
4415
4416         /* Use the single page allocator for one page. */
4417         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4418                 goto failed;
4419
4420 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4421         /*
4422          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4423          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4424          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4425          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4426          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4427          */
4428         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4429                 goto failed;
4430 #endif
4431
4432         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4433         gfp &= gfp_allowed_mask;
4434         alloc_gfp = gfp;
4435         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4436                 goto out;
4437         gfp = alloc_gfp;
4438
4439         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4440         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4441                 unsigned long mark;
4442
4443                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4444                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4445                         continue;
4446                 }
4447
4448                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4449                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4450                         goto failed;
4451                 }
4452
4453                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4454                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4455                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4456                                 alloc_flags, gfp)) {
4457                         break;
4458                 }
4459         }
4460
4461         /*
4462          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4463          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4464          */
4465         if (unlikely(!zone))
4466                 goto failed;
4467
4468         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4469         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4470         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4471         if (!pcp)
4472                 goto failed_irq;
4473
4474         /* Attempt the batch allocation */
4475         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4476         while (nr_populated < nr_pages) {
4477
4478                 /* Skip existing pages */
4479                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4480                         nr_populated++;
4481                         continue;
4482                 }
4483
4484                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4485                                                                 pcp, pcp_list);
4486                 if (unlikely(!page)) {
4487                         /* Try and allocate at least one page */
4488                         if (!nr_account) {
4489                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4490                                 goto failed_irq;
4491                         }
4492                         break;
4493                 }
4494                 nr_account++;
4495
4496                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4497                 if (page_list)
4498                         list_add(&page->lru, page_list);
4499                 else
4500                         page_array[nr_populated] = page;
4501                 nr_populated++;
4502         }
4503
4504         pcp_spin_unlock(pcp);
4505         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4506
4507         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4508         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4509
4510 out:
4511         return nr_populated;
4512
4513 failed_irq:
4514         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4515
4516 failed:
4517         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4518         if (page) {
4519                 if (page_list)
4520                         list_add(&page->lru, page_list);
4521                 else
4522                         page_array[nr_populated] = page;
4523                 nr_populated++;
4524         }
4525
4526         goto out;
4527 }
4528 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4529
4530 /*
4531  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4532  */
4533 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4534                                                         nodemask_t *nodemask)
4535 {
4536         struct page *page;
4537         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4538         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4539         struct alloc_context ac = { };
4540
4541         /*
4542          * There are several places where we assume that the order value is sane
4543          * so bail out early if the request is out of bound.
4544          */
4545         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4546                 return NULL;
4547
4548         gfp &= gfp_allowed_mask;
4549         /*
4550          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4551          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4552          * from a particular context which has been marked by
4553          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4554          * movable zones are not used during allocation.
4555          */
4556         gfp = current_gfp_context(gfp);
4557         alloc_gfp = gfp;
4558         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4559                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4560                 return NULL;
4561
4562         /*
4563          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4564          * memory until all local zones are considered.
4565          */
4566         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4567
4568         /* First allocation attempt */
4569         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4570         if (likely(page))
4571                 goto out;
4572
4573         alloc_gfp = gfp;
4574         ac.spread_dirty_pages = false;
4575
4576         /*
4577          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4578          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4579          */
4580         ac.nodemask = nodemask;
4581
4582         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4583
4584 out:
4585         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4586             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4587                 __free_pages(page, order);
4588                 page = NULL;
4589         }
4590
4591         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4592         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4593
4594         return page;
4595 }
4596 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4597
4598 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4599                 nodemask_t *nodemask)
4600 {
4601         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4602                                         preferred_nid, nodemask);
4603         return page_rmappable_folio(page);
4604 }
4605 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4606
4607 /*
4608  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4609  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4610  * you need to access high mem.
4611  */
4612 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4613 {
4614         struct page *page;
4615
4616         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4617         if (!page)
4618                 return 0;
4619         return (unsigned long) page_address(page);
4620 }
4621 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4622
4623 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4624 {
4625         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4626 }
4627 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4628
4629 /**
4630  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4631  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4632  * @order: The order of the allocation.
4633  *
4634  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4635  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4636  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4637  * than was allocated will probably emit a warning.
4638  *
4639  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4640  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4641  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4642  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4643  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4644  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4645  *
4646  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4647  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4648  */
4649 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4650 {
4651         /* get PageHead before we drop reference */
4652         int head = PageHead(page);
4653
4654         if (put_page_testzero(page))
4655                 free_the_page(page, order);
4656         else if (!head)
4657                 while (order-- > 0)
4658                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4659 }
4660 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4661
4662 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4663 {
4664         if (addr != 0) {
4665                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4666                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4667         }
4668 }
4669
4670 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4671
4672 /*
4673  * Page Fragment:
4674  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4675  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4676  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4677  *
4678  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4679  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4680  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4681  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4682  */
4683 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4684                                              gfp_t gfp_mask)
4685 {
4686         struct page *page = NULL;
4687         gfp_t gfp = gfp_mask;
4688
4689 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4690         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4691                     __GFP_NOMEMALLOC;
4692         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4693                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4694         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4695 #endif
4696         if (unlikely(!page))
4697                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4698
4699         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4700
4701         return page;
4702 }
4703
4704 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4705 {
4706         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4707
4708         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4709                 free_the_page(page, compound_order(page));
4710 }
4711 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4712
4713 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4714                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4715                       unsigned int align_mask)
4716 {
4717         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4718         struct page *page;
4719         int offset;
4720
4721         if (unlikely(!nc->va)) {
4722 refill:
4723                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4724                 if (!page)
4725                         return NULL;
4726
4727 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4728                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4729                 size = nc->size;
4730 #endif
4731                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4732                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4733                  */
4734                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4735
4736                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4737                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4738                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4739                 nc->offset = size;
4740         }
4741
4742         offset = nc->offset - fragsz;
4743         if (unlikely(offset < 0)) {
4744                 page = virt_to_page(nc->va);
4745
4746                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4747                         goto refill;
4748
4749                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4750                         free_the_page(page, compound_order(page));
4751                         goto refill;
4752                 }
4753
4754 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4755                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4756                 size = nc->size;
4757 #endif
4758                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4759                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4760
4761                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4762                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4763                 offset = size - fragsz;
4764                 if (unlikely(offset < 0)) {
4765                         /*
4766                          * The caller is trying to allocate a fragment
4767                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4768                          * enough to satisfy the request, this may
4769                          * happen in low memory conditions.
4770                          * We don't release the cache page because
4771                          * it could make memory pressure worse
4772                          * so we simply return NULL here.
4773                          */
4774                         return NULL;
4775                 }
4776         }
4777
4778         nc->pagecnt_bias--;
4779         offset &= align_mask;
4780         nc->offset = offset;
4781
4782         return nc->va + offset;
4783 }
4784 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4785
4786 /*
4787  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4788  */
4789 void page_frag_free(void *addr)
4790 {
4791         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4792
4793         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4794                 free_the_page(page, compound_order(page));
4795 }
4796 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4797
4798 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4799                 size_t size)
4800 {
4801         if (addr) {
4802                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4803                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4804                 struct page *last = page + nr;
4805
4806                 split_page_owner(page, 1 << order);
4807                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4808                 while (page < --last)
4809                         set_page_refcounted(last);
4810
4811                 last = page + (1UL << order);
4812                 for (page += nr; page < last; page++)
4813                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4814         }
4815         return (void *)addr;
4816 }
4817
4818 /**
4819  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4820  * @size: the number of bytes to allocate
4821  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4822  *
4823  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4824  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4825  * allocate memory in power-of-two pages.
4826  *
4827  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4828  *
4829  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4830  *
4831  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4832  */
4833 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4834 {
4835         unsigned int order = get_order(size);
4836         unsigned long addr;
4837
4838         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4839                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4840
4841         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4842         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4843 }
4844 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4845
4846 /**
4847  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4848  *                         pages on a node.
4849  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4850  * @size: the number of bytes to allocate
4851  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4852  *
4853  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4854  * back.
4855  *
4856  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4857  */
4858 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4859 {
4860         unsigned int order = get_order(size);
4861         struct page *p;
4862
4863         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4864                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4865
4866         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4867         if (!p)
4868                 return NULL;
4869         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4870 }
4871
4872 /**
4873  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4874  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4875  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4876  *
4877  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4878  */
4879 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4880 {
4881         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4882         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4883
4884         while (addr < end) {
4885                 free_page(addr);
4886                 addr += PAGE_SIZE;
4887         }
4888 }
4889 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4890
4891 /**
4892  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4893  * @offset: The zone index of the highest zone
4894  *
4895  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4896  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4897  * zone, the number of pages is calculated as:
4898  *
4899  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4900  *
4901  * Return: number of pages beyond high watermark.
4902  */
4903 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4904 {
4905         struct zoneref *z;
4906         struct zone *zone;
4907
4908         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4909         unsigned long sum = 0;
4910
4911         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4912
4913         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4914                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4915                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4916                 if (size > high)
4917                         sum += size - high;
4918         }
4919
4920         return sum;
4921 }
4922
4923 /**
4924  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4925  *
4926  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4927  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4928  *
4929  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4930  * ZONE_NORMAL.
4931  */
4932 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4933 {
4934         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4935 }
4936 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4937
4938 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4939 {
4940         zoneref->zone = zone;
4941         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4942 }
4943
4944 /*
4945  * Builds allocation fallback zone lists.
4946  *
4947  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4948  */
4949 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4950 {
4951         struct zone *zone;
4952         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4953         int nr_zones = 0;
4954
4955         do {
4956                 zone_type--;
4957                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4958                 if (populated_zone(zone)) {
4959                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4960                         check_highest_zone(zone_type);
4961                 }
4962         } while (zone_type);
4963
4964         return nr_zones;
4965 }
4966
4967 #ifdef CONFIG_NUMA
4968
4969 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4970 {
4971         /*
4972          * We used to support different zonelists modes but they turned
4973          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4974          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4975          * not fail it silently
4976          */
4977         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4978                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4979                 return -EINVAL;
4980         }
4981         return 0;
4982 }
4983
4984 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4985 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4986 /*
4987  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4988  */
4989 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4990                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4991 {
4992         if (write)
4993                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
4994         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4995 }
4996
4997 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4998
4999 /**
5000  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5001  * @node: node whose fallback list we're appending
5002  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5003  *
5004  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5005  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5006  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5007  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5008  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5009  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5010  * on them otherwise.
5011  *
5012  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5013  */
5014 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5015 {
5016         int n, val;
5017         int min_val = INT_MAX;
5018         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5019
5020         /*
5021          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5022          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5023          */
5024         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5025                 node_set(node, *used_node_mask);
5026                 return node;
5027         }
5028
5029         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5030
5031                 /* Don't want a node to appear more than once */
5032                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5033                         continue;
5034
5035                 /* Use the distance array to find the distance */
5036                 val = node_distance(node, n);
5037
5038                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5039                 val += (n < node);
5040
5041                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5042                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5043                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5044
5045                 /* Slight preference for less loaded node */
5046                 val *= MAX_NUMNODES;
5047                 val += node_load[n];
5048
5049                 if (val < min_val) {
5050                         min_val = val;
5051                         best_node = n;
5052                 }
5053         }
5054
5055         if (best_node >= 0)
5056                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5057
5058         return best_node;
5059 }
5060
5061
5062 /*
5063  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5064  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5065  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5066  */
5067 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5068                 unsigned nr_nodes)
5069 {
5070         struct zoneref *zonerefs;
5071         int i;
5072
5073         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5074
5075         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5076                 int nr_zones;
5077
5078                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5079
5080                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5081                 zonerefs += nr_zones;
5082         }
5083         zonerefs->zone = NULL;
5084         zonerefs->zone_idx = 0;
5085 }
5086
5087 /*
5088  * Build gfp_thisnode zonelists
5089  */
5090 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5091 {
5092         struct zoneref *zonerefs;
5093         int nr_zones;
5094
5095         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5096         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5097         zonerefs += nr_zones;
5098         zonerefs->zone = NULL;
5099         zonerefs->zone_idx = 0;
5100 }
5101
5102 /*
5103  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5104  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5105  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5106  * may still exist in local DMA zone.
5107  */
5108
5109 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5110 {
5111         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5112         int node, nr_nodes = 0;
5113         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5114         int local_node, prev_node;
5115
5116         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5117         local_node = pgdat->node_id;
5118         prev_node = local_node;
5119
5120         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5121         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5122                 /*
5123                  * We don't want to pressure a particular node.
5124                  * So adding penalty to the first node in same
5125                  * distance group to make it round-robin.
5126                  */
5127                 if (node_distance(local_node, node) !=
5128                     node_distance(local_node, prev_node))
5129                         node_load[node] += 1;
5130
5131                 node_order[nr_nodes++] = node;
5132                 prev_node = node;
5133         }
5134
5135         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5136         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5137         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5138         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5139                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5140         pr_cont("\n");
5141 }
5142
5143 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5144 /*
5145  * Return node id of node used for "local" allocations.
5146  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5147  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5148  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5149  */
5150 int local_memory_node(int node)
5151 {
5152         struct zoneref *z;
5153
5154         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5155                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5156                                    NULL);
5157         return zone_to_nid(z->zone);
5158 }
5159 #endif
5160
5161 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5162 static void setup_min_slab_ratio(void);
5163 #else   /* CONFIG_NUMA */
5164
5165 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5166 {
5167         int node, local_node;
5168         struct zoneref *zonerefs;
5169         int nr_zones;
5170
5171         local_node = pgdat->node_id;
5172
5173         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5174         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5175         zonerefs += nr_zones;
5176
5177         /*
5178          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5179          * of all the other nodes.
5180          * We don't want to pressure a particular node, so when
5181          * building the zones for node N, we make sure that the
5182          * zones coming right after the local ones are those from
5183          * node N+1 (modulo N)
5184          */
5185         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5186                 if (!node_online(node))
5187                         continue;
5188                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5189                 zonerefs += nr_zones;
5190         }
5191         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5192                 if (!node_online(node))
5193                         continue;
5194                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5195                 zonerefs += nr_zones;
5196         }
5197
5198         zonerefs->zone = NULL;
5199         zonerefs->zone_idx = 0;
5200 }
5201
5202 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5203
5204 /*
5205  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5206  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5207  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5208  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5209  * with interrupts disabled.
5210  *
5211  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5212  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5213  * hotplugged processors.
5214  *
5215  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5216  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5217  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5218  */
5219 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5220 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5221 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5222 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5223 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5224 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5225
5226 static void __build_all_zonelists(void *data)
5227 {
5228         int nid;
5229         int __maybe_unused cpu;
5230         pg_data_t *self = data;
5231         unsigned long flags;
5232
5233         /*
5234          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5235          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5236          */
5237         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5238         /*
5239          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5240          * trying to hold port->lock, for
5241          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5242          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5243          */
5244         printk_deferred_enter();
5245
5246 #ifdef CONFIG_NUMA
5247         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5248 #endif
5249
5250         /*
5251          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5252          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5253          */
5254         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5255                 build_zonelists(self);
5256         } else {
5257                 /*
5258                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5259                  * in free_area_init
5260                  */
5261                 for_each_node(nid) {
5262                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5263
5264                         build_zonelists(pgdat);
5265                 }
5266
5267 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5268                 /*
5269                  * We now know the "local memory node" for each node--
5270                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5271                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5272                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5273                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5274                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5275                  */
5276                 for_each_online_cpu(cpu)
5277                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5278 #endif
5279         }
5280
5281         printk_deferred_exit();
5282         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5283 }
5284
5285 static noinline void __init
5286 build_all_zonelists_init(void)
5287 {
5288         int cpu;
5289
5290         __build_all_zonelists(NULL);
5291
5292         /*
5293          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5294          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5295          * each zone will be allocated later when the per cpu
5296          * allocator is available.
5297          *
5298          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5299          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5300          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5301          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5302          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5303          * (a chicken-egg dilemma).
5304          */
5305         for_each_possible_cpu(cpu)
5306                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5307
5308         mminit_verify_zonelist();
5309         cpuset_init_current_mems_allowed();
5310 }
5311
5312 /*
5313  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5314  *
5315  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5316  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5317  */
5318 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5319 {
5320         unsigned long vm_total_pages;
5321
5322         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5323                 build_all_zonelists_init();
5324         } else {
5325                 __build_all_zonelists(pgdat);
5326                 /* cpuset refresh routine should be here */
5327         }
5328         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5329         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5330         /*
5331          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5332          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5333          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5334          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5335          * disabled and enable it later
5336          */
5337         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5338                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5339         else
5340                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5341
5342         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5343                 nr_online_nodes,
5344                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5345                 vm_total_pages);
5346 #ifdef CONFIG_NUMA
5347         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5348 #endif
5349 }
5350
5351 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5352 {
5353 #ifdef CONFIG_MMU
5354         int batch;
5355
5356         /*
5357          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5358          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5359          * size is striking a balance between allocation latency
5360          * and zone lock contention.
5361          */
5362         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5363         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5364         if (batch < 1)
5365                 batch = 1;
5366
5367         /*
5368          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5369          * of 2 value was found to be more likely to have
5370          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5371          *
5372          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5373          * batches of pages, one task can end up with a lot
5374          * of pages of one half of the possible page colors
5375          * and the other with pages of the other colors.
5376          */
5377         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5378
5379         return batch;
5380
5381 #else
5382         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5383          * conditions.
5384          *
5385          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5386          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5387          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5388          *
5389          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5390          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5391          * can be a significant delay between the individual batches being
5392          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5393          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5394          */
5395         return 0;
5396 #endif
5397 }
5398
5399 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5400 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5401                          int high_fraction)
5402 {
5403 #ifdef CONFIG_MMU
5404         int high;
5405         int nr_split_cpus;
5406         unsigned long total_pages;
5407
5408         if (!high_fraction) {
5409                 /*
5410                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5411                  * low watermark so that if they are full then background
5412                  * reclaim will not be started prematurely.
5413                  */
5414                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5415         } else {
5416                 /*
5417                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5418                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5419                  * zone.
5420                  */
5421                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5422         }
5423
5424         /*
5425          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5426          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5427          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5428          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5429          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5430          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5431          */
5432         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5433         if (!nr_split_cpus)
5434                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5435         high = total_pages / nr_split_cpus;
5436
5437         /*
5438          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5439          * historical relationship between high and batch.
5440          */
5441         high = max(high, batch << 2);
5442
5443         return high;
5444 #else
5445         return 0;
5446 #endif
5447 }
5448
5449 /*
5450  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5451  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5452  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5453  *
5454  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5455  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5456  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5457  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5458  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5459  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5460  * disabled.
5461  *
5462  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5463  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5464  * exist).
5465  */
5466 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5467                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5468 {
5469         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5470         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5471         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5472 }
5473
5474 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5475 {
5476         int pindex;
5477
5478         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5479         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5480
5481         spin_lock_init(&pcp->lock);
5482         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5483                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5484
5485         /*
5486          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5487          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5488          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5489          * pageset yet.
5490          */
5491         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5492         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5493         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5494         pcp->free_count = 0;
5495 }
5496
5497 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5498                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5499 {
5500         struct per_cpu_pages *pcp;
5501         int cpu;
5502
5503         for_each_possible_cpu(cpu) {
5504                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5505                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5506         }
5507 }
5508
5509 /*
5510  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5511  * zone based on the zone's size.
5512  */
5513 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5514 {
5515         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5516
5517         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5518         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5519                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5520                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5521                 /*
5522                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5523                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5524                  */
5525                 new_high_max = new_high_min;
5526         } else {
5527                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5528                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5529                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5530         }
5531
5532         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5533             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5534             zone->pageset_batch == new_batch)
5535                 return;
5536
5537         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5538         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5539         zone->pageset_batch = new_batch;
5540
5541         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5542                                           new_batch);
5543 }
5544
5545 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5546 {
5547         int cpu;
5548
5549         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5550         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5551                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5552
5553         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5554         for_each_possible_cpu(cpu) {
5555                 struct per_cpu_pages *pcp;
5556                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5557
5558                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5559                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5560                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5561         }
5562
5563         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5564 }
5565
5566 /*
5567  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5568  * page high values need to be recalculated.
5569  */
5570 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5571 {
5572         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5573         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5574         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5575 }
5576
5577 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone)
5578 {
5579         int cpu;
5580         struct per_cpu_pages *pcp;
5581         struct cpu_cacheinfo *cci;
5582
5583         for_each_online_cpu(cpu) {
5584                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5585                 cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5586                 /*
5587                  * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5588                  * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5589                  * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5590                  * This can reduce zone lock contention without hurting
5591                  * cache-hot pages sharing.
5592                  */
5593                 spin_lock(&pcp->lock);
5594                 if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5595                         pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5596                 else
5597                         pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5598                 spin_unlock(&pcp->lock);
5599         }
5600 }
5601
5602 void setup_pcp_cacheinfo(void)
5603 {
5604         struct zone *zone;
5605
5606         for_each_populated_zone(zone)
5607                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone);
5608 }
5609
5610 /*
5611  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5612  * Before this call only boot pagesets were available.
5613  */
5614 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5615 {
5616         struct pglist_data *pgdat;
5617         struct zone *zone;
5618         int __maybe_unused cpu;
5619
5620         for_each_populated_zone(zone)
5621                 setup_zone_pageset(zone);
5622
5623 #ifdef CONFIG_NUMA
5624         /*
5625          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5626          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5627          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5628          * the nodes these zones are associated with.
5629          */
5630         for_each_possible_cpu(cpu) {
5631                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5632                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5633                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5634         }
5635 #endif
5636
5637         for_each_online_pgdat(pgdat)
5638                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5639                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5640 }
5641
5642 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5643 {
5644         /*
5645          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5646          * relies on the ability of the linker to provide the
5647          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5648          */
5649         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5650         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5651         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5652         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5653         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5654
5655         if (populated_zone(zone))
5656                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5657                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5658 }
5659
5660 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5661 {
5662         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5663         totalram_pages_add(count);
5664 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5665         if (PageHighMem(page))
5666                 totalhigh_pages_add(count);
5667 #endif
5668 }
5669 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5670
5671 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5672 {
5673         void *pos;
5674         unsigned long pages = 0;
5675
5676         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5677         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5678         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5679                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5680                 void *direct_map_addr;
5681
5682                 /*
5683                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5684                  * because some architectures' virt_to_page()
5685                  * work with aliases.  Getting the direct map
5686                  * address ensures that we get a _writeable_
5687                  * alias for the memset().
5688                  */
5689                 direct_map_addr = page_address(page);
5690                 /*
5691                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5692                  * has not been initialized.
5693                  */
5694                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5695                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5696                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5697
5698                 free_reserved_page(page);
5699         }
5700
5701         if (pages && s)
5702                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5703
5704         return pages;
5705 }
5706
5707 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5708 {
5709         struct zone *zone;
5710
5711         lru_add_drain_cpu(cpu);
5712         mlock_drain_remote(cpu);
5713         drain_pages(cpu);
5714
5715         /*
5716          * Spill the event counters of the dead processor
5717          * into the current processors event counters.
5718          * This artificially elevates the count of the current
5719          * processor.
5720          */
5721         vm_events_fold_cpu(cpu);
5722
5723         /*
5724          * Zero the differential counters of the dead processor
5725          * so that the vm statistics are consistent.
5726          *
5727          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5728          * race with what we are doing.
5729          */
5730         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5731
5732         for_each_populated_zone(zone)
5733                 zone_pcp_update(zone, 0);
5734
5735         return 0;
5736 }
5737
5738 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5739 {
5740         struct zone *zone;
5741
5742         for_each_populated_zone(zone)
5743                 zone_pcp_update(zone, 1);
5744         return 0;
5745 }
5746
5747 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5748 {
5749         int ret;
5750
5751         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5752                                         "mm/page_alloc:pcp",
5753                                         page_alloc_cpu_online,
5754                                         page_alloc_cpu_dead);
5755         WARN_ON(ret < 0);
5756 }
5757
5758 /*
5759  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5760  *      or min_free_kbytes changes.
5761  */
5762 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5763 {
5764         struct pglist_data *pgdat;
5765         unsigned long reserve_pages = 0;
5766         enum zone_type i, j;
5767
5768         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5769
5770                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5771
5772                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5773                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5774                         long max = 0;
5775                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5776
5777                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5778                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5779                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5780                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5781                         }
5782
5783                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5784                         max += high_wmark_pages(zone);
5785
5786                         if (max > managed_pages)
5787                                 max = managed_pages;
5788
5789                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5790
5791                         reserve_pages += max;
5792                 }
5793         }
5794         totalreserve_pages = reserve_pages;
5795 }
5796
5797 /*
5798  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5799  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5800  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5801  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5802  */
5803 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5804 {
5805         struct pglist_data *pgdat;
5806         enum zone_type i, j;
5807
5808         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5809                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5810                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5811                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5812                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5813                         unsigned long managed_pages = 0;
5814
5815                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5816                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5817
5818                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5819
5820                                 if (clear)
5821                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5822                                 else
5823                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5824                         }
5825                 }
5826         }
5827
5828         /* update totalreserve_pages */
5829         calculate_totalreserve_pages();
5830 }
5831
5832 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5833 {
5834         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5835         unsigned long lowmem_pages = 0;
5836         struct zone *zone;
5837         unsigned long flags;
5838
5839         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5840         for_each_zone(zone) {
5841                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5842                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5843         }
5844
5845         for_each_zone(zone) {
5846                 u64 tmp;
5847
5848                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5849                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5850                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5851                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5852                         /*
5853                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5854                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5855                          * to a small  value here.
5856                          *
5857                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5858                          * deltas control async page reclaim, and so should
5859                          * not be capped for highmem and movable zones.
5860                          */
5861                         unsigned long min_pages;
5862
5863                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5864                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5865                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5866                 } else {
5867                         /*
5868                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5869                          * proportionate to the zone's size.
5870                          */
5871                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5872                 }
5873
5874                 /*
5875                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5876                  * scale factor in proportion to available memory, but
5877                  * ensure a minimum size on small systems.
5878                  */
5879                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5880                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5881                                       watermark_scale_factor, 10000));
5882
5883                 zone->watermark_boost = 0;
5884                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5885                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5886                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5887
5888                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5889         }
5890
5891         /* update totalreserve_pages */
5892         calculate_totalreserve_pages();
5893 }
5894
5895 /**
5896  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5897  * or when memory is hot-{added|removed}
5898  *
5899  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5900  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5901  */
5902 void setup_per_zone_wmarks(void)
5903 {
5904         struct zone *zone;
5905         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5906
5907         spin_lock(&lock);
5908         __setup_per_zone_wmarks();
5909         spin_unlock(&lock);
5910
5911         /*
5912          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5913          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5914          */
5915         for_each_zone(zone)
5916                 zone_pcp_update(zone, 0);
5917 }
5918
5919 /*
5920  * Initialise min_free_kbytes.
5921  *
5922  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5923  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5924  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5925  *
5926  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5927  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5928  *
5929  * which yields
5930  *
5931  * 16MB:        512k
5932  * 32MB:        724k
5933  * 64MB:        1024k
5934  * 128MB:       1448k
5935  * 256MB:       2048k
5936  * 512MB:       2896k
5937  * 1024MB:      4096k
5938  * 2048MB:      5792k
5939  * 4096MB:      8192k
5940  * 8192MB:      11584k
5941  * 16384MB:     16384k
5942  */
5943 void calculate_min_free_kbytes(void)
5944 {
5945         unsigned long lowmem_kbytes;
5946         int new_min_free_kbytes;
5947
5948         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5949         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5950
5951         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5952                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5953         else
5954                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5955                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5956
5957 }
5958
5959 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5960 {
5961         calculate_min_free_kbytes();
5962         setup_per_zone_wmarks();
5963         refresh_zone_stat_thresholds();
5964         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5965
5966 #ifdef CONFIG_NUMA
5967         setup_min_unmapped_ratio();
5968         setup_min_slab_ratio();
5969 #endif
5970
5971         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5972
5973         return 0;
5974 }
5975 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5976
5977 /*
5978  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5979  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5980  *      changes.
5981  */
5982 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5983                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5984 {
5985         int rc;
5986
5987         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5988         if (rc)
5989                 return rc;
5990
5991         if (write) {
5992                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5993                 setup_per_zone_wmarks();
5994         }
5995         return 0;
5996 }
5997
5998 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5999                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6000 {
6001         int rc;
6002
6003         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6004         if (rc)
6005                 return rc;
6006
6007         if (write)
6008                 setup_per_zone_wmarks();
6009
6010         return 0;
6011 }
6012
6013 #ifdef CONFIG_NUMA
6014 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6015 {
6016         pg_data_t *pgdat;
6017         struct zone *zone;
6018
6019         for_each_online_pgdat(pgdat)
6020                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6021
6022         for_each_zone(zone)
6023                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6024                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6025 }
6026
6027
6028 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6029                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6030 {
6031         int rc;
6032
6033         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6034         if (rc)
6035                 return rc;
6036
6037         setup_min_unmapped_ratio();
6038
6039         return 0;
6040 }
6041
6042 static void setup_min_slab_ratio(void)
6043 {
6044         pg_data_t *pgdat;
6045         struct zone *zone;
6046
6047         for_each_online_pgdat(pgdat)
6048                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6049
6050         for_each_zone(zone)
6051                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6052                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6053 }
6054
6055 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6056                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6057 {
6058         int rc;
6059
6060         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6061         if (rc)
6062                 return rc;
6063
6064         setup_min_slab_ratio();
6065
6066         return 0;
6067 }
6068 #endif
6069
6070 /*
6071  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6072  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6073  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6074  *
6075  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6076  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6077  * if in function of the boot time zone sizes.
6078  */
6079 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6080                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6081 {
6082         int i;
6083
6084         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6085
6086         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6087                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6088                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6089         }
6090
6091         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6092         return 0;
6093 }
6094
6095 /*
6096  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6097  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6098  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6099  */
6100 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6101                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6102 {
6103         struct zone *zone;
6104         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6105         int ret;
6106
6107         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6108         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6109
6110         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6111         if (!write || ret < 0)
6112                 goto out;
6113
6114         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6115         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6116             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6117                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6118                 ret = -EINVAL;
6119                 goto out;
6120         }
6121
6122         /* No change? */
6123         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6124                 goto out;
6125
6126         for_each_populated_zone(zone)
6127                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6128 out:
6129         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6130         return ret;
6131 }
6132
6133 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6134         {
6135                 .procname       = "min_free_kbytes",
6136                 .data           = &min_free_kbytes,
6137                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6138                 .mode           = 0644,
6139                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6140                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6141         },
6142         {
6143                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6144                 .data           = &watermark_boost_factor,
6145                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6146                 .mode           = 0644,
6147                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6148                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6149         },
6150         {
6151                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6152                 .data           = &watermark_scale_factor,
6153                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6154                 .mode           = 0644,
6155                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6156                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6157                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6158         },
6159         {
6160                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6161                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6162                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6163                 .mode           = 0644,
6164                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6165                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6166         },
6167         {
6168                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6169                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6170                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6171                 .mode           = 0644,
6172                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6173         },
6174 #ifdef CONFIG_NUMA
6175         {
6176                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6177                 .data           = &numa_zonelist_order,
6178                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6179                 .mode           = 0644,
6180                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6181         },
6182         {
6183                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6184                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6185                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6186                 .mode           = 0644,
6187                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6188                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6189                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6190         },
6191         {
6192                 .procname       = "min_slab_ratio",
6193                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6194                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6195                 .mode           = 0644,
6196                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6197                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6198                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6199         },
6200 #endif
6201         {}
6202 };
6203
6204 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6205 {
6206         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6207 }
6208
6209 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6210 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6211 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6212 {
6213         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6214
6215         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6216                 struct page *page;
6217
6218                 dump_stack();
6219                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6220                         dump_page(page, "migration failure");
6221         }
6222 }
6223
6224 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6225 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6226                                         unsigned long start, unsigned long end)
6227 {
6228         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6229         unsigned int nr_reclaimed;
6230         unsigned long pfn = start;
6231         unsigned int tries = 0;
6232         int ret = 0;
6233         struct migration_target_control mtc = {
6234                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6235                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6236         };
6237
6238         lru_cache_disable();
6239
6240         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6241                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6242                         ret = -EINTR;
6243                         break;
6244                 }
6245
6246                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6247                         cc->nr_migratepages = 0;
6248                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6249                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6250                                 break;
6251                         pfn = cc->migrate_pfn;
6252                         tries = 0;
6253                 } else if (++tries == 5) {
6254                         ret = -EBUSY;
6255                         break;
6256                 }
6257
6258                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6259                                                         &cc->migratepages);
6260                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6261
6262                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6263                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6264
6265                 /*
6266                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6267                  * to retry again over this error, so do the same here.
6268                  */
6269                 if (ret == -ENOMEM)
6270                         break;
6271         }
6272
6273         lru_cache_enable();
6274         if (ret < 0) {
6275                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6276                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6277                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6278                 return ret;
6279         }
6280         return 0;
6281 }
6282
6283 /**
6284  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6285  * @start:      start PFN to allocate
6286  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6287  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6288  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6289  *                      in range must have the same migratetype and it must
6290  *                      be either of the two.
6291  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6292  *
6293  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6294  * belong to a single zone.
6295  *
6296  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6297  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6298  * be modified by others.
6299  *
6300  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6301  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6302  * need to be freed with free_contig_range().
6303  */
6304 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6305                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6306 {
6307         unsigned long outer_start, outer_end;
6308         int order;
6309         int ret = 0;
6310
6311         struct compact_control cc = {
6312                 .nr_migratepages = 0,
6313                 .order = -1,
6314                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6315                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6316                 .ignore_skip_hint = true,
6317                 .no_set_skip_hint = true,
6318                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6319                 .alloc_contig = true,
6320         };
6321         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6322
6323         /*
6324          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6325          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6326          * have different sizes, and due to the way page allocator
6327          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6328          *
6329          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6330          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6331          * we are interested in). This will put all the pages in
6332          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6333          *
6334          * When this is done, we take the pages in range from page
6335          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6336          * page allocator will never consider using them.
6337          *
6338          * This lets us mark the pageblocks back as
6339          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6340          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6341          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6342          */
6343
6344         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6345         if (ret)
6346                 goto done;
6347
6348         drain_all_pages(cc.zone);
6349
6350         /*
6351          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6352          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6353          * which will report the busy page.
6354          *
6355          * It is possible that busy pages could become available before
6356          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6357          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6358          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6359          */
6360         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6361         if (ret && ret != -EBUSY)
6362                 goto done;
6363         ret = 0;
6364
6365         /*
6366          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6367          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6368          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6369          * What we are going to do is to allocate all pages from
6370          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6371          *
6372          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6373          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6374          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6375          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6376          * once this is done free the pages we are not interested in.
6377          *
6378          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6379          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6380          */
6381
6382         order = 0;
6383         outer_start = start;
6384         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6385                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER) {
6386                         outer_start = start;
6387                         break;
6388                 }
6389                 outer_start &= ~0UL << order;
6390         }
6391
6392         if (outer_start != start) {
6393                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6394
6395                 /*
6396                  * outer_start page could be small order buddy page and
6397                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6398                  * in this case to report failed page properly
6399                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6400                  */
6401                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6402                         outer_start = start;
6403         }
6404
6405         /* Make sure the range is really isolated. */
6406         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6407                 ret = -EBUSY;
6408                 goto done;
6409         }
6410
6411         /* Grab isolated pages from freelists. */
6412         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6413         if (!outer_end) {
6414                 ret = -EBUSY;
6415                 goto done;
6416         }
6417
6418         /* Free head and tail (if any) */
6419         if (start != outer_start)
6420                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6421         if (end != outer_end)
6422                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6423
6424 done:
6425         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6426         return ret;
6427 }
6428 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6429
6430 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6431                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6432 {
6433         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6434
6435         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6436                                   gfp_mask);
6437 }
6438
6439 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6440                                    unsigned long nr_pages)
6441 {
6442         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6443         struct page *page;
6444
6445         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6446                 page = pfn_to_online_page(i);
6447                 if (!page)
6448                         return false;
6449
6450                 if (page_zone(page) != z)
6451                         return false;
6452
6453                 if (PageReserved(page))
6454                         return false;
6455
6456                 if (PageHuge(page))
6457                         return false;
6458         }
6459         return true;
6460 }
6461
6462 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6463                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6464 {
6465         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6466
6467         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6468 }
6469
6470 /**
6471  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6472  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6473  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6474  * @nid:        Target node
6475  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6476  *
6477  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6478  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6479  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6480  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6481  *
6482  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6483  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6484  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6485  *
6486  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6487  * __free_page() on each allocated page.
6488  *
6489  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6490  */
6491 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6492                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6493 {
6494         unsigned long ret, pfn, flags;
6495         struct zonelist *zonelist;
6496         struct zone *zone;
6497         struct zoneref *z;
6498
6499         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6500         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6501                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6502                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6503
6504                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6505                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6506                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6507                                 /*
6508                                  * We release the zone lock here because
6509                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6510                                  * at some point. If there's an allocation
6511                                  * spinning on this lock, it may win the race
6512                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6513                                  */
6514                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6515                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6516                                                         gfp_mask);
6517                                 if (!ret)
6518                                         return pfn_to_page(pfn);
6519                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6520                         }
6521                         pfn += nr_pages;
6522                 }
6523                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6524         }
6525         return NULL;
6526 }
6527 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6528
6529 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6530 {
6531         unsigned long count = 0;
6532
6533         for (; nr_pages--; pfn++) {
6534                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6535
6536                 count += page_count(page) != 1;
6537                 __free_page(page);
6538         }
6539         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6540 }
6541 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6542
6543 /*
6544  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6545  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6546  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6547  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6548  *
6549  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6550  */
6551 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6552 {
6553         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6554         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6555         __drain_all_pages(zone, true);
6556 }
6557
6558 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6559 {
6560         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6561                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6562         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6563 }
6564
6565 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6566 {
6567         int cpu;
6568         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6569
6570         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6571                 for_each_online_cpu(cpu) {
6572                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6573                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6574                 }
6575                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6576                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6577                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6578                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6579                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6580                 }
6581         }
6582 }
6583
6584 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6585 /*
6586  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6587  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6588  */
6589 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6590 {
6591         unsigned long pfn = start_pfn;
6592         struct page *page;
6593         struct zone *zone;
6594         unsigned int order;
6595         unsigned long flags;
6596
6597         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6598         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6599         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6600         while (pfn < end_pfn) {
6601                 page = pfn_to_page(pfn);
6602                 /*
6603                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6604                  * page_count() is not 0.
6605                  */
6606                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6607                         pfn++;
6608                         continue;
6609                 }
6610                 /*
6611                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6612                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6613                  */
6614                 if (PageOffline(page)) {
6615                         BUG_ON(page_count(page));
6616                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6617                         pfn++;
6618                         continue;
6619                 }
6620
6621                 BUG_ON(page_count(page));
6622                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6623                 order = buddy_order(page);
6624                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6625                 pfn += (1 << order);
6626         }
6627         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6628 }
6629 #endif
6630
6631 /*
6632  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6633  */
6634 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6635 {
6636         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6637         unsigned int order;
6638
6639         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6640                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6641
6642                 if (PageBuddy(page_head) &&
6643                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6644                         break;
6645         }
6646
6647         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6648 }
6649 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6650
6651 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6652 /*
6653  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6654  * buddy allocator.
6655  */
6656 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6657                                    struct page *target, int low, int high,
6658                                    int migratetype)
6659 {
6660         unsigned long size = 1 << high;
6661         struct page *current_buddy;
6662
6663         while (high > low) {
6664                 high--;
6665                 size >>= 1;
6666
6667                 if (target >= &page[size]) {
6668                         current_buddy = page;
6669                         page = page + size;
6670                 } else {
6671                         current_buddy = page + size;
6672                 }
6673
6674                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6675                         continue;
6676
6677                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6678                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6679         }
6680 }
6681
6682 /*
6683  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6684  */
6685 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6686 {
6687         struct zone *zone = page_zone(page);
6688         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6689         unsigned long flags;
6690         unsigned int order;
6691         bool ret = false;
6692
6693         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6694         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6695                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6696                 int page_order = buddy_order(page_head);
6697
6698                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6699                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6700                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6701                                                                    pfn_head);
6702
6703                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6704                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6705                                                 page_order, migratetype);
6706                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6707                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6708                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6709                         ret = true;
6710                         break;
6711                 }
6712                 if (page_count(page_head) > 0)
6713                         break;
6714         }
6715         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6716         return ret;
6717 }
6718
6719 /*
6720  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6721  */
6722 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6723 {
6724         struct zone *zone = page_zone(page);
6725         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6726         unsigned long flags;
6727         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6728         bool ret = false;
6729
6730         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6731         if (put_page_testzero(page)) {
6732                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6733                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6734                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6735                         ret = true;
6736                 }
6737         }
6738         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6739
6740         return ret;
6741 }
6742 #endif
6743
6744 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6745 bool has_managed_dma(void)
6746 {
6747         struct pglist_data *pgdat;
6748
6749         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6750                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6751
6752                 if (managed_zone(zone))
6753                         return true;
6754         }
6755         return false;
6756 }
6757 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6758
6759 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6760
6761 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6762 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6763
6764 static bool lazy_accept = true;
6765
6766 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6767 {
6768         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6769                 lazy_accept = true;
6770                 return 0;
6771         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6772                 lazy_accept = false;
6773                 return 0;
6774         } else {
6775                 return -EINVAL;
6776         }
6777 }
6778 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6779
6780 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6781 {
6782         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6783         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6784
6785         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6786 }
6787
6788 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6789 {
6790         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6791
6792         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6793 }
6794
6795 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6796 {
6797         unsigned long flags;
6798         struct page *page;
6799         bool last;
6800
6801         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6802                 return false;
6803
6804         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6805         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6806                                         struct page, lru);
6807         if (!page) {
6808                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6809                 return false;
6810         }
6811
6812         list_del(&page->lru);
6813         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6814
6815         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6816         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6817         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6818
6819         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6820
6821         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6822
6823         if (last)
6824                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6825
6826         return true;
6827 }
6828
6829 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6830 {
6831         long to_accept;
6832         int ret = false;
6833
6834         /* How much to accept to get to high watermark? */
6835         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6836                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6837                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6838
6839         /* Accept at least one page */
6840         do {
6841                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6842                         break;
6843                 ret = true;
6844                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6845         } while (to_accept > 0);
6846
6847         return ret;
6848 }
6849
6850 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6851 {
6852         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6853 }
6854
6855 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6856 {
6857         struct zone *zone = page_zone(page);
6858         unsigned long flags;
6859         bool first = false;
6860
6861         if (!lazy_accept)
6862                 return false;
6863
6864         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6865         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6866         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6867         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6868         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6869         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6870
6871         if (first)
6872                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6873
6874         return true;
6875 }
6876
6877 #else
6878
6879 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6880 {
6881         return false;
6882 }
6883
6884 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6885 {
6886 }
6887
6888 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6889 {
6890         return false;
6891 }
6892
6893 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6894 {
6895         return false;
6896 }
6897
6898 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6899 {
6900         BUILD_BUG();
6901         return false;
6902 }
6903
6904 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */