]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
net: airoha: Introduce ethernet support for EN7581 SoC
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/pagevec.h>
36 #include <linux/memory_hotplug.h>
37 #include <linux/nodemask.h>
38 #include <linux/vmstat.h>
39 #include <linux/fault-inject.h>
40 #include <linux/compaction.h>
41 #include <trace/events/kmem.h>
42 #include <trace/events/oom.h>
43 #include <linux/prefetch.h>
44 #include <linux/mm_inline.h>
45 #include <linux/mmu_notifier.h>
46 #include <linux/migrate.h>
47 #include <linux/sched/mm.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/page_table_check.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/ftrace.h>
52 #include <linux/lockdep.h>
53 #include <linux/psi.h>
54 #include <linux/khugepaged.h>
55 #include <linux/delayacct.h>
56 #include <linux/cacheinfo.h>
57 #include <linux/pgalloc_tag.h>
58 #include <asm/div64.h>
59 #include "internal.h"
60 #include "shuffle.h"
61 #include "page_reporting.h"
62
63 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
64 typedef int __bitwise fpi_t;
65
66 /* No special request */
67 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
68
69 /*
70  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
71  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
72  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
73  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
74  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
75  * putting it back unmodified.
76  */
77 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
78
79 /*
80  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
81  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
82  * shuffle the whole zone).
83  *
84  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
85  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
86  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
87  *       reporting).
88  */
89 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
90
91 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
92 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
93 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
94
95 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
96 /*
97  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
98  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
99  */
100 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
101 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
102 #else
103
104 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
105 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
106 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
107 #endif
108
109 /*
110  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
111  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
112  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
113  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
114  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
115  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
116  */
117 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
118 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
119 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
120 #else
121 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
122 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
123 #endif
124
125 /*
126  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
127  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
128  */
129 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
130 ({                                                                      \
131         type *_ret;                                                     \
132         pcpu_task_pin();                                                \
133         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
134         spin_lock(&_ret->member);                                       \
135         _ret;                                                           \
136 })
137
138 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
139 ({                                                                      \
140         type *_ret;                                                     \
141         pcpu_task_pin();                                                \
142         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
143         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
144                 pcpu_task_unpin();                                      \
145                 _ret = NULL;                                            \
146         }                                                               \
147         _ret;                                                           \
148 })
149
150 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
151 ({                                                                      \
152         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
153         pcpu_task_unpin();                                              \
154 })
155
156 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
157 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
158         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
159
160 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
161         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
162
163 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
164         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
165
166 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
167 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
168 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
169 #endif
170
171 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
172
173 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
174 /*
175  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
176  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
177  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
178  * defined in <linux/topology.h>.
179  */
180 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
181 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
182 #endif
183
184 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
185
186 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
187 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
188 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
189 #endif
190
191 /*
192  * Array of node states.
193  */
194 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
195         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
196         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
197 #ifndef CONFIG_NUMA
198         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
199 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
200         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
201 #endif
202         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
203         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
204 #endif  /* NUMA */
205 };
206 EXPORT_SYMBOL(node_states);
207
208 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
209
210 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
211 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
212 #endif
213
214 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
215                             fpi_t fpi_flags);
216
217 /*
218  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
219  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
220  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
221  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
222  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
223  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
224  *
225  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
226  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
227  */
228 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
229 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
230         [ZONE_DMA] = 256,
231 #endif
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
233         [ZONE_DMA32] = 256,
234 #endif
235         [ZONE_NORMAL] = 32,
236 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
237         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
238 #endif
239         [ZONE_MOVABLE] = 0,
240 };
241
242 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
243 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
244          "DMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
247          "DMA32",
248 #endif
249          "Normal",
250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
251          "HighMem",
252 #endif
253          "Movable",
254 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
255          "Device",
256 #endif
257 };
258
259 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
260         "Unmovable",
261         "Movable",
262         "Reclaimable",
263         "HighAtomic",
264 #ifdef CONFIG_CMA
265         "CMA",
266 #endif
267 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
268         "Isolate",
269 #endif
270 };
271
272 int min_free_kbytes = 1024;
273 int user_min_free_kbytes = -1;
274 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
275 static int watermark_scale_factor = 10;
276
277 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
278 int movable_zone;
279 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
280
281 #if MAX_NUMNODES > 1
282 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
283 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
284 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
285 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
286 #endif
287
288 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
289 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
290 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
291 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
292 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /*
298  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
299  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
300  * and we can permanently disable that path.
301  */
302 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
303
304 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
305 {
306         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
307 }
308
309 /*
310  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
311  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
312  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
313  * and to ensure that the function body gets unloaded.
314  */
315 static bool __ref
316 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
317 {
318         return deferred_grow_zone(zone, order);
319 }
320 #else
321 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
322 {
323         return false;
324 }
325 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
326
327 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
328 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
329                                                         unsigned long pfn)
330 {
331 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
332         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
333 #else
334         return page_zone(page)->pageblock_flags;
335 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
336 }
337
338 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
339 {
340 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
341         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
342 #else
343         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
344 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
345         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
346 }
347
348 /**
349  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
350  * @page: The page within the block of interest
351  * @pfn: The target page frame number
352  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
353  *
354  * Return: pageblock_bits flags
355  */
356 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
357                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
358 {
359         unsigned long *bitmap;
360         unsigned long bitidx, word_bitidx;
361         unsigned long word;
362
363         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
364         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
365         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
366         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
367         /*
368          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
369          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
370          * racy, are not corrupted.
371          */
372         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
373         return (word >> bitidx) & mask;
374 }
375
376 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
377                                         unsigned long pfn)
378 {
379         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
380 }
381
382 /**
383  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
384  * @page: The page within the block of interest
385  * @flags: The flags to set
386  * @pfn: The target page frame number
387  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
388  */
389 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
390                                         unsigned long pfn,
391                                         unsigned long mask)
392 {
393         unsigned long *bitmap;
394         unsigned long bitidx, word_bitidx;
395         unsigned long word;
396
397         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
398         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
399
400         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
401         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
402         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
403         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
404
405         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
406
407         mask <<= bitidx;
408         flags <<= bitidx;
409
410         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
411         do {
412         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
413 }
414
415 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
416 {
417         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
418                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
419                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
420
421         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
422                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
426 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
427 {
428         int ret;
429         unsigned seq;
430         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
431         unsigned long sp, start_pfn;
432
433         do {
434                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
435                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
436                 sp = zone->spanned_pages;
437                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
438         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
439
440         if (ret)
441                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
442                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
443                         start_pfn, start_pfn + sp);
444
445         return ret;
446 }
447
448 /*
449  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
450  */
451 static bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
452 {
453         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
454                 return true;
455         if (zone != page_zone(page))
456                 return true;
457
458         return false;
459 }
460 #else
461 static inline bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
462 {
463         return false;
464 }
465 #endif
466
467 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
468 {
469         static unsigned long resume;
470         static unsigned long nr_shown;
471         static unsigned long nr_unshown;
472
473         /*
474          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
475          * or allow a steady drip of one report per second.
476          */
477         if (nr_shown == 60) {
478                 if (time_before(jiffies, resume)) {
479                         nr_unshown++;
480                         goto out;
481                 }
482                 if (nr_unshown) {
483                         pr_alert(
484                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
485                                 nr_unshown);
486                         nr_unshown = 0;
487                 }
488                 nr_shown = 0;
489         }
490         if (nr_shown++ == 0)
491                 resume = jiffies + 60 * HZ;
492
493         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
494                 current->comm, page_to_pfn(page));
495         dump_page(page, reason);
496
497         print_modules();
498         dump_stack();
499 out:
500         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
501         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
502         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
503 }
504
505 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
506 {
507         bool __maybe_unused movable;
508
509 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
510         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
511                 VM_BUG_ON(order != HPAGE_PMD_ORDER);
512
513                 movable = migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
514
515                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS + movable;
516         }
517 #else
518         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
519 #endif
520
521         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
522 }
523
524 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
525 {
526         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
527
528 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
529         if (pindex >= NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
530                 order = HPAGE_PMD_ORDER;
531 #else
532         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
533 #endif
534
535         return order;
536 }
537
538 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
539 {
540         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
541                 return true;
542 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
543         if (order == HPAGE_PMD_ORDER)
544                 return true;
545 #endif
546         return false;
547 }
548
549 /*
550  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
551  *
552  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
553  *
554  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
555  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
556  *
557  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
558  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
559  */
560
561 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
562 {
563         int i;
564         int nr_pages = 1 << order;
565
566         __SetPageHead(page);
567         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
568                 prep_compound_tail(page, i);
569
570         prep_compound_head(page, order);
571 }
572
573 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
574 {
575         set_page_private(page, order);
576         __SetPageBuddy(page);
577 }
578
579 #ifdef CONFIG_COMPACTION
580 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
581 {
582         struct capture_control *capc = current->capture_control;
583
584         return unlikely(capc) &&
585                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
586                 !capc->page &&
587                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
588 }
589
590 static inline bool
591 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
592                    int order, int migratetype)
593 {
594         if (!capc || order != capc->cc->order)
595                 return false;
596
597         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
598         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
599             is_migrate_isolate(migratetype))
600                 return false;
601
602         /*
603          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock
604          * unless compaction is also requesting movable pages.
605          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
606          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
607          * have trouble finding a high-order free page.
608          */
609         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
610             capc->cc->migratetype != MIGRATE_MOVABLE)
611                 return false;
612
613         capc->page = page;
614         return true;
615 }
616
617 #else
618 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
619 {
620         return NULL;
621 }
622
623 static inline bool
624 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
625                    int order, int migratetype)
626 {
627         return false;
628 }
629 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
630
631 static inline void account_freepages(struct zone *zone, int nr_pages,
632                                      int migratetype)
633 {
634         if (is_migrate_isolate(migratetype))
635                 return;
636
637         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, nr_pages);
638
639         if (is_migrate_cma(migratetype))
640                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, nr_pages);
641 }
642
643 /* Used for pages not on another list */
644 static inline void __add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
645                                       unsigned int order, int migratetype,
646                                       bool tail)
647 {
648         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
649
650         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
651                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
652                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
653
654         if (tail)
655                 list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
656         else
657                 list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
658         area->nr_free++;
659 }
660
661 /*
662  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
663  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
664  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
665  */
666 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
667                                      unsigned int order, int old_mt, int new_mt)
668 {
669         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
670
671         /* Free page moving can fail, so it happens before the type update */
672         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != old_mt,
673                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
674                      get_pageblock_migratetype(page), old_mt, 1 << order);
675
676         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[new_mt]);
677
678         account_freepages(zone, -(1 << order), old_mt);
679         account_freepages(zone, 1 << order, new_mt);
680 }
681
682 static inline void __del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
683                                              unsigned int order, int migratetype)
684 {
685         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
686                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
687                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
688
689         /* clear reported state and update reported page count */
690         if (page_reported(page))
691                 __ClearPageReported(page);
692
693         list_del(&page->buddy_list);
694         __ClearPageBuddy(page);
695         set_page_private(page, 0);
696         zone->free_area[order].nr_free--;
697 }
698
699 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
700                                            unsigned int order, int migratetype)
701 {
702         __del_page_from_free_list(page, zone, order, migratetype);
703         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
704 }
705
706 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
707                                             int migratetype)
708 {
709         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
710                                         struct page, buddy_list);
711 }
712
713 /*
714  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
715  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
716  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
717  * that is happening, add the free page to the tail of the list
718  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
719  * as a higher order page
720  */
721 static inline bool
722 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
723                    struct page *page, unsigned int order)
724 {
725         unsigned long higher_page_pfn;
726         struct page *higher_page;
727
728         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
729                 return false;
730
731         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
732         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
733
734         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
735                         NULL) != NULL;
736 }
737
738 /*
739  * Freeing function for a buddy system allocator.
740  *
741  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
742  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
743  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
744  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
745  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
746  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
747  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
748  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
749  * parts of the VM system.
750  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
751  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
752  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
753  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
754  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
755  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
756  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
757  * triggers coalescing into a block of larger size.
758  *
759  * -- nyc
760  */
761
762 static inline void __free_one_page(struct page *page,
763                 unsigned long pfn,
764                 struct zone *zone, unsigned int order,
765                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
766 {
767         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
768         unsigned long buddy_pfn = 0;
769         unsigned long combined_pfn;
770         struct page *buddy;
771         bool to_tail;
772
773         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
774         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
775
776         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
777         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
778         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
779
780         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
781
782         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
783                 int buddy_mt = migratetype;
784
785                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
786                         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
787                         return;
788                 }
789
790                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
791                 if (!buddy)
792                         goto done_merging;
793
794                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
795                         /*
796                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
797                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
798                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
799                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
800                          */
801                         buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
802
803                         if (migratetype != buddy_mt &&
804                             (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
805                              !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
806                                 goto done_merging;
807                 }
808
809                 /*
810                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
811                  * merge with it and move up one order.
812                  */
813                 if (page_is_guard(buddy))
814                         clear_page_guard(zone, buddy, order);
815                 else
816                         __del_page_from_free_list(buddy, zone, order, buddy_mt);
817
818                 if (unlikely(buddy_mt != migratetype)) {
819                         /*
820                          * Match buddy type. This ensures that an
821                          * expand() down the line puts the sub-blocks
822                          * on the right freelists.
823                          */
824                         set_pageblock_migratetype(buddy, migratetype);
825                 }
826
827                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
828                 page = page + (combined_pfn - pfn);
829                 pfn = combined_pfn;
830                 order++;
831         }
832
833 done_merging:
834         set_buddy_order(page, order);
835
836         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
837                 to_tail = true;
838         else if (is_shuffle_order(order))
839                 to_tail = shuffle_pick_tail();
840         else
841                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
842
843         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, to_tail);
844
845         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
846         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
847                 page_reporting_notify_free(order);
848 }
849
850 /*
851  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
852  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
853  * check if necessary.
854  */
855 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
856                                         unsigned long check_flags)
857 {
858         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
859                 return false;
860
861         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
862                         page_ref_count(page) |
863 #ifdef CONFIG_MEMCG
864                         page->memcg_data |
865 #endif
866 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
867                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
868 #endif
869                         (page->flags & check_flags)))
870                 return false;
871
872         return true;
873 }
874
875 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
876 {
877         const char *bad_reason = NULL;
878
879         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
880                 bad_reason = "nonzero mapcount";
881         if (unlikely(page->mapping != NULL))
882                 bad_reason = "non-NULL mapping";
883         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
884                 bad_reason = "nonzero _refcount";
885         if (unlikely(page->flags & flags)) {
886                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
887                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
888                 else
889                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
890         }
891 #ifdef CONFIG_MEMCG
892         if (unlikely(page->memcg_data))
893                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
894 #endif
895 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
896         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
897                 bad_reason = "page_pool leak";
898 #endif
899         return bad_reason;
900 }
901
902 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
903 {
904         bad_page(page,
905                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
906 }
907
908 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
909 {
910         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
911                 return false;
912
913         /* Something has gone sideways, find it */
914         free_page_is_bad_report(page);
915         return true;
916 }
917
918 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
919 {
920         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
921 }
922
923 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
924 {
925         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
926         int ret = 1;
927
928         /*
929          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
930          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
931          */
932         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
933
934         if (!is_check_pages_enabled()) {
935                 ret = 0;
936                 goto out;
937         }
938         switch (page - head_page) {
939         case 1:
940                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
941                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
942                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
943                         goto out;
944                 }
945                 if (unlikely(folio_large_mapcount(folio))) {
946                         bad_page(page, "nonzero large_mapcount");
947                         goto out;
948                 }
949                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
950                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
951                         goto out;
952                 }
953                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
954                         bad_page(page, "nonzero pincount");
955                         goto out;
956                 }
957                 break;
958         case 2:
959                 /* the second tail page: deferred_list overlaps ->mapping */
960                 if (unlikely(!list_empty(&folio->_deferred_list))) {
961                         bad_page(page, "on deferred list");
962                         goto out;
963                 }
964                 break;
965         default:
966                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
967                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
968                         goto out;
969                 }
970                 break;
971         }
972         if (unlikely(!PageTail(page))) {
973                 bad_page(page, "PageTail not set");
974                 goto out;
975         }
976         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
977                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
978                 goto out;
979         }
980         ret = 0;
981 out:
982         page->mapping = NULL;
983         clear_compound_head(page);
984         return ret;
985 }
986
987 /*
988  * Skip KASAN memory poisoning when either:
989  *
990  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
991  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
992  *    using page tags instead (see below).
993  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
994  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
995  *
996  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
997  *
998  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
999  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1000  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1001  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1002  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1003  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1004  *
1005  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1006  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1007  * initialization is done with interrupt disabled.
1008  *
1009  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1010  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1011  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1012  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1013  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1014  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1015  */
1016 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1017 {
1018         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1019                 return deferred_pages_enabled();
1020
1021         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1022 }
1023
1024 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1025 {
1026         int i;
1027
1028         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1029         kasan_disable_current();
1030         for (i = 0; i < numpages; i++)
1031                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1032         kasan_enable_current();
1033 }
1034
1035 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1036                         unsigned int order)
1037 {
1038         int bad = 0;
1039         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1040         bool init = want_init_on_free();
1041         bool compound = PageCompound(page);
1042
1043         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1044
1045         trace_mm_page_free(page, order);
1046         kmsan_free_page(page, order);
1047
1048         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1049                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1050
1051         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1052                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1053                 reset_page_owner(page, order);
1054                 page_table_check_free(page, order);
1055                 pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1056                 return false;
1057         }
1058
1059         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1060
1061         /*
1062          * Check tail pages before head page information is cleared to
1063          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1064          */
1065         if (unlikely(order)) {
1066                 int i;
1067
1068                 if (compound)
1069                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1070                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1071                         if (compound)
1072                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1073                         if (is_check_pages_enabled()) {
1074                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1075                                         bad++;
1076                                         continue;
1077                                 }
1078                         }
1079                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1080                 }
1081         }
1082         if (PageMappingFlags(page))
1083                 page->mapping = NULL;
1084         if (is_check_pages_enabled()) {
1085                 if (free_page_is_bad(page))
1086                         bad++;
1087                 if (bad)
1088                         return false;
1089         }
1090
1091         page_cpupid_reset_last(page);
1092         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1093         reset_page_owner(page, order);
1094         page_table_check_free(page, order);
1095         pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1096
1097         if (!PageHighMem(page)) {
1098                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1099                                            PAGE_SIZE << order);
1100                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1101                                            PAGE_SIZE << order);
1102         }
1103
1104         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1105
1106         /*
1107          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1108          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1109          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1110          *
1111          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1112          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1113          */
1114         if (!skip_kasan_poison) {
1115                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1116
1117                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1118                 if (kasan_has_integrated_init())
1119                         init = false;
1120         }
1121         if (init)
1122                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1123
1124         /*
1125          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1126          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1127          * happen after this.
1128          */
1129         arch_free_page(page, order);
1130
1131         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1132
1133         return true;
1134 }
1135
1136 /*
1137  * Frees a number of pages from the PCP lists
1138  * Assumes all pages on list are in same zone.
1139  * count is the number of pages to free.
1140  */
1141 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1142                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1143                                         int pindex)
1144 {
1145         unsigned long flags;
1146         unsigned int order;
1147         struct page *page;
1148
1149         /*
1150          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1151          * below while (list_empty(list)) loop.
1152          */
1153         count = min(pcp->count, count);
1154
1155         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1156         pindex = pindex - 1;
1157
1158         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1159
1160         while (count > 0) {
1161                 struct list_head *list;
1162                 int nr_pages;
1163
1164                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1165                 do {
1166                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1167                                 pindex = 0;
1168                         list = &pcp->lists[pindex];
1169                 } while (list_empty(list));
1170
1171                 order = pindex_to_order(pindex);
1172                 nr_pages = 1 << order;
1173                 do {
1174                         unsigned long pfn;
1175                         int mt;
1176
1177                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1178                         pfn = page_to_pfn(page);
1179                         mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1180
1181                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1182                         list_del(&page->pcp_list);
1183                         count -= nr_pages;
1184                         pcp->count -= nr_pages;
1185
1186                         __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, FPI_NONE);
1187                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1188                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1189         }
1190
1191         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1192 }
1193
1194 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page,
1195                           unsigned long pfn, unsigned int order,
1196                           fpi_t fpi_flags)
1197 {
1198         unsigned long flags;
1199         int migratetype;
1200
1201         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1202         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1203         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1204         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1205 }
1206
1207 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1208                             fpi_t fpi_flags)
1209 {
1210         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1211         struct zone *zone = page_zone(page);
1212
1213         if (!free_pages_prepare(page, order))
1214                 return;
1215
1216         free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1217
1218         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1219 }
1220
1221 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1222 {
1223         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1224         struct page *p = page;
1225         unsigned int loop;
1226
1227         /*
1228          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1229          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1230          * refcount of all involved pages to 0.
1231          */
1232         prefetchw(p);
1233         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1234                 prefetchw(p + 1);
1235                 __ClearPageReserved(p);
1236                 set_page_count(p, 0);
1237         }
1238         __ClearPageReserved(p);
1239         set_page_count(p, 0);
1240
1241         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1242
1243         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1244                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1245                         return;
1246
1247                 accept_page(page, order);
1248         }
1249
1250         /*
1251          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1252          * relevant for memory onlining.
1253          */
1254         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1255 }
1256
1257 /*
1258  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1259  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1260  * with the migration of free compaction scanner.
1261  *
1262  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1263  *
1264  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1265  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1266  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1267  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1268  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1269  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1270  * page in a pageblock.
1271  *
1272  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1273  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1274  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1275  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1276  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1277  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1278  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1279  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1280  */
1281 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1282                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1283 {
1284         struct page *start_page;
1285         struct page *end_page;
1286
1287         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1288         end_pfn--;
1289
1290         if (!pfn_valid(end_pfn))
1291                 return NULL;
1292
1293         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1294         if (!start_page)
1295                 return NULL;
1296
1297         if (page_zone(start_page) != zone)
1298                 return NULL;
1299
1300         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1301
1302         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1303         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1304                 return NULL;
1305
1306         return start_page;
1307 }
1308
1309 /*
1310  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1311  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1312  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1313  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1314  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1315  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1316  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1317  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1318  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1319  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1320  *
1321  * -- nyc
1322  */
1323 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1324         int low, int high, int migratetype)
1325 {
1326         unsigned long size = 1 << high;
1327         unsigned long nr_added = 0;
1328
1329         while (high > low) {
1330                 high--;
1331                 size >>= 1;
1332                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1333
1334                 /*
1335                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1336                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1337                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1338                  * pages will stay not present in virtual address space
1339                  */
1340                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high))
1341                         continue;
1342
1343                 __add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype, false);
1344                 set_buddy_order(&page[size], high);
1345                 nr_added += size;
1346         }
1347         account_freepages(zone, nr_added, migratetype);
1348 }
1349
1350 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1351 {
1352         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1353                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1354                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1355                 return;
1356         }
1357
1358         bad_page(page,
1359                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1360 }
1361
1362 /*
1363  * This page is about to be returned from the page allocator
1364  */
1365 static bool check_new_page(struct page *page)
1366 {
1367         if (likely(page_expected_state(page,
1368                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1369                 return false;
1370
1371         check_new_page_bad(page);
1372         return true;
1373 }
1374
1375 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1376 {
1377         if (is_check_pages_enabled()) {
1378                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1379                         struct page *p = page + i;
1380
1381                         if (check_new_page(p))
1382                                 return true;
1383                 }
1384         }
1385
1386         return false;
1387 }
1388
1389 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1390 {
1391         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1392         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1393             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1394                 return false;
1395
1396         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1397         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1398                 return true;
1399
1400         /*
1401          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1402          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1403          */
1404         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1405 }
1406
1407 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1408 {
1409         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1410         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1411                 return false;
1412
1413         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1414         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1415 }
1416
1417 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1418                                 gfp_t gfp_flags)
1419 {
1420         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1421                         !should_skip_init(gfp_flags);
1422         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1423         int i;
1424
1425         set_page_private(page, 0);
1426         set_page_refcounted(page);
1427
1428         arch_alloc_page(page, order);
1429         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1430
1431         /*
1432          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1433          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1434          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1435          */
1436         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1437
1438         /*
1439          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1440          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1441          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1442          */
1443
1444         /*
1445          * If memory tags should be zeroed
1446          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1447          */
1448         if (zero_tags) {
1449                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1450                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1451                         tag_clear_highpage(page + i);
1452
1453                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1454                 init = false;
1455         }
1456         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1457             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1458                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1459                 if (kasan_has_integrated_init())
1460                         init = false;
1461         } else {
1462                 /*
1463                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1464                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1465                  */
1466                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1467                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1468         }
1469         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1470         if (init)
1471                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1472
1473         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1474         page_table_check_alloc(page, order);
1475         pgalloc_tag_add(page, current, 1 << order);
1476 }
1477
1478 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1479                                                         unsigned int alloc_flags)
1480 {
1481         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1482
1483         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1484                 prep_compound_page(page, order);
1485
1486         /*
1487          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1488          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1489          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1490          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1491          */
1492         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1493                 set_page_pfmemalloc(page);
1494         else
1495                 clear_page_pfmemalloc(page);
1496 }
1497
1498 /*
1499  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1500  * the smallest available page from the freelists
1501  */
1502 static __always_inline
1503 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1504                                                 int migratetype)
1505 {
1506         unsigned int current_order;
1507         struct free_area *area;
1508         struct page *page;
1509
1510         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1511         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1512                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1513                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1514                 if (!page)
1515                         continue;
1516                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, migratetype);
1517                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1518                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1519                                 pcp_allowed_order(order) &&
1520                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1521                 return page;
1522         }
1523
1524         return NULL;
1525 }
1526
1527
1528 /*
1529  * This array describes the order lists are fallen back to when
1530  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1531  *
1532  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1533  */
1534 static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1535         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1536         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1537         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1538 };
1539
1540 #ifdef CONFIG_CMA
1541 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1542                                         unsigned int order)
1543 {
1544         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1545 }
1546 #else
1547 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1548                                         unsigned int order) { return NULL; }
1549 #endif
1550
1551 /*
1552  * Change the type of a block and move all its free pages to that
1553  * type's freelist.
1554  */
1555 static int __move_freepages_block(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1556                                   int old_mt, int new_mt)
1557 {
1558         struct page *page;
1559         unsigned long pfn, end_pfn;
1560         unsigned int order;
1561         int pages_moved = 0;
1562
1563         VM_WARN_ON(start_pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1564         end_pfn = pageblock_end_pfn(start_pfn);
1565
1566         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;) {
1567                 page = pfn_to_page(pfn);
1568                 if (!PageBuddy(page)) {
1569                         pfn++;
1570                         continue;
1571                 }
1572
1573                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1574                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1575                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1576
1577                 order = buddy_order(page);
1578
1579                 move_to_free_list(page, zone, order, old_mt, new_mt);
1580
1581                 pfn += 1 << order;
1582                 pages_moved += 1 << order;
1583         }
1584
1585         set_pageblock_migratetype(pfn_to_page(start_pfn), new_mt);
1586
1587         return pages_moved;
1588 }
1589
1590 static bool prep_move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1591                                       unsigned long *start_pfn,
1592                                       int *num_free, int *num_movable)
1593 {
1594         unsigned long pfn, start, end;
1595
1596         pfn = page_to_pfn(page);
1597         start = pageblock_start_pfn(pfn);
1598         end = pageblock_end_pfn(pfn);
1599
1600         /*
1601          * The caller only has the lock for @zone, don't touch ranges
1602          * that straddle into other zones. While we could move part of
1603          * the range that's inside the zone, this call is usually
1604          * accompanied by other operations such as migratetype updates
1605          * which also should be locked.
1606          */
1607         if (!zone_spans_pfn(zone, start))
1608                 return false;
1609         if (!zone_spans_pfn(zone, end - 1))
1610                 return false;
1611
1612         *start_pfn = start;
1613
1614         if (num_free) {
1615                 *num_free = 0;
1616                 *num_movable = 0;
1617                 for (pfn = start; pfn < end;) {
1618                         page = pfn_to_page(pfn);
1619                         if (PageBuddy(page)) {
1620                                 int nr = 1 << buddy_order(page);
1621
1622                                 *num_free += nr;
1623                                 pfn += nr;
1624                                 continue;
1625                         }
1626                         /*
1627                          * We assume that pages that could be isolated for
1628                          * migration are movable. But we don't actually try
1629                          * isolating, as that would be expensive.
1630                          */
1631                         if (PageLRU(page) || __PageMovable(page))
1632                                 (*num_movable)++;
1633                         pfn++;
1634                 }
1635         }
1636
1637         return true;
1638 }
1639
1640 static int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1641                                 int old_mt, int new_mt)
1642 {
1643         unsigned long start_pfn;
1644
1645         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1646                 return -1;
1647
1648         return __move_freepages_block(zone, start_pfn, old_mt, new_mt);
1649 }
1650
1651 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1652 /* Look for a buddy that straddles start_pfn */
1653 static unsigned long find_large_buddy(unsigned long start_pfn)
1654 {
1655         int order = 0;
1656         struct page *page;
1657         unsigned long pfn = start_pfn;
1658
1659         while (!PageBuddy(page = pfn_to_page(pfn))) {
1660                 /* Nothing found */
1661                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER)
1662                         return start_pfn;
1663                 pfn &= ~0UL << order;
1664         }
1665
1666         /*
1667          * Found a preceding buddy, but does it straddle?
1668          */
1669         if (pfn + (1 << buddy_order(page)) > start_pfn)
1670                 return pfn;
1671
1672         /* Nothing found */
1673         return start_pfn;
1674 }
1675
1676 /* Split a multi-block free page into its individual pageblocks */
1677 static void split_large_buddy(struct zone *zone, struct page *page,
1678                               unsigned long pfn, int order)
1679 {
1680         unsigned long end_pfn = pfn + (1 << order);
1681
1682         VM_WARN_ON_ONCE(order <= pageblock_order);
1683         VM_WARN_ON_ONCE(pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1684
1685         /* Caller removed page from freelist, buddy info cleared! */
1686         VM_WARN_ON_ONCE(PageBuddy(page));
1687
1688         while (pfn != end_pfn) {
1689                 int mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1690
1691                 __free_one_page(page, pfn, zone, pageblock_order, mt, FPI_NONE);
1692                 pfn += pageblock_nr_pages;
1693                 page = pfn_to_page(pfn);
1694         }
1695 }
1696
1697 /**
1698  * move_freepages_block_isolate - move free pages in block for page isolation
1699  * @zone: the zone
1700  * @page: the pageblock page
1701  * @migratetype: migratetype to set on the pageblock
1702  *
1703  * This is similar to move_freepages_block(), but handles the special
1704  * case encountered in page isolation, where the block of interest
1705  * might be part of a larger buddy spanning multiple pageblocks.
1706  *
1707  * Unlike the regular page allocator path, which moves pages while
1708  * stealing buddies off the freelist, page isolation is interested in
1709  * arbitrary pfn ranges that may have overlapping buddies on both ends.
1710  *
1711  * This function handles that. Straddling buddies are split into
1712  * individual pageblocks. Only the block of interest is moved.
1713  *
1714  * Returns %true if pages could be moved, %false otherwise.
1715  */
1716 bool move_freepages_block_isolate(struct zone *zone, struct page *page,
1717                                   int migratetype)
1718 {
1719         unsigned long start_pfn, pfn;
1720
1721         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1722                 return false;
1723
1724         /* No splits needed if buddies can't span multiple blocks */
1725         if (pageblock_order == MAX_PAGE_ORDER)
1726                 goto move;
1727
1728         /* We're a tail block in a larger buddy */
1729         pfn = find_large_buddy(start_pfn);
1730         if (pfn != start_pfn) {
1731                 struct page *buddy = pfn_to_page(pfn);
1732                 int order = buddy_order(buddy);
1733
1734                 del_page_from_free_list(buddy, zone, order,
1735                                         get_pfnblock_migratetype(buddy, pfn));
1736                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1737                 split_large_buddy(zone, buddy, pfn, order);
1738                 return true;
1739         }
1740
1741         /* We're the starting block of a larger buddy */
1742         if (PageBuddy(page) && buddy_order(page) > pageblock_order) {
1743                 int order = buddy_order(page);
1744
1745                 del_page_from_free_list(page, zone, order,
1746                                         get_pfnblock_migratetype(page, pfn));
1747                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1748                 split_large_buddy(zone, page, pfn, order);
1749                 return true;
1750         }
1751 move:
1752         __move_freepages_block(zone, start_pfn,
1753                                get_pfnblock_migratetype(page, start_pfn),
1754                                migratetype);
1755         return true;
1756 }
1757 #endif /* CONFIG_MEMORY_ISOLATION */
1758
1759 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1760                                         int start_order, int migratetype)
1761 {
1762         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1763
1764         while (nr_pageblocks--) {
1765                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1766                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1767         }
1768 }
1769
1770 /*
1771  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1772  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1773  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1774  *
1775  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1776  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1777  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1778  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1779  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1780  * pageblocks.
1781  */
1782 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1783 {
1784         /*
1785          * Leaving this order check is intended, although there is
1786          * relaxed order check in next check. The reason is that
1787          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1788          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1789          * so could be changed anytime.
1790          */
1791         if (order >= pageblock_order)
1792                 return true;
1793
1794         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1795                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1796                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1797                 page_group_by_mobility_disabled)
1798                 return true;
1799
1800         return false;
1801 }
1802
1803 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1804 {
1805         unsigned long max_boost;
1806
1807         if (!watermark_boost_factor)
1808                 return false;
1809         /*
1810          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1811          * On small machines, including kdump capture kernels running
1812          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1813          * memory situation immediately.
1814          */
1815         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1816                 return false;
1817
1818         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1819                         watermark_boost_factor, 10000);
1820
1821         /*
1822          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1823          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1824          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1825          * allocations that early means that reclaim is not going
1826          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1827          * boosted watermark resulting in a hang.
1828          */
1829         if (!max_boost)
1830                 return false;
1831
1832         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1833
1834         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1835                 max_boost);
1836
1837         return true;
1838 }
1839
1840 /*
1841  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough, we
1842  * can claim the whole pageblock for the requested migratetype. If not, we check
1843  * the pageblock for constituent pages; if at least half of the pages are free
1844  * or compatible, we can still claim the whole block, so pages freed in the
1845  * future will be put on the correct free list. Otherwise, we isolate exactly
1846  * the order we need from the fallback block and leave its migratetype alone.
1847  */
1848 static struct page *
1849 steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1850                         int current_order, int order, int start_type,
1851                         unsigned int alloc_flags, bool whole_block)
1852 {
1853         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1854         unsigned long start_pfn;
1855         int block_type;
1856
1857         block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1858
1859         /*
1860          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1861          * highatomic accounting.
1862          */
1863         if (is_migrate_highatomic(block_type))
1864                 goto single_page;
1865
1866         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1867         if (current_order >= pageblock_order) {
1868                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1869                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1870                 expand(zone, page, order, current_order, start_type);
1871                 return page;
1872         }
1873
1874         /*
1875          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1876          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1877          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1878          */
1879         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1880                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1881
1882         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1883         if (!whole_block)
1884                 goto single_page;
1885
1886         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1887         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, &free_pages,
1888                                        &movable_pages))
1889                 goto single_page;
1890
1891         /*
1892          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1893          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1894          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1895          */
1896         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1897                 alike_pages = movable_pages;
1898         } else {
1899                 /*
1900                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1901                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1902                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1903                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1904                  * exact migratetype of non-movable pages.
1905                  */
1906                 if (block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1907                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1908                                                 - (free_pages + movable_pages);
1909                 else
1910                         alike_pages = 0;
1911         }
1912         /*
1913          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1914          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1915          */
1916         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1917                         page_group_by_mobility_disabled) {
1918                 __move_freepages_block(zone, start_pfn, block_type, start_type);
1919                 return __rmqueue_smallest(zone, order, start_type);
1920         }
1921
1922 single_page:
1923         del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1924         expand(zone, page, order, current_order, block_type);
1925         return page;
1926 }
1927
1928 /*
1929  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1930  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1931  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1932  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1933  */
1934 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1935                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1936 {
1937         int i;
1938         int fallback_mt;
1939
1940         if (area->nr_free == 0)
1941                 return -1;
1942
1943         *can_steal = false;
1944         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1945                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1946                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1947                         continue;
1948
1949                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1950                         *can_steal = true;
1951
1952                 if (!only_stealable)
1953                         return fallback_mt;
1954
1955                 if (*can_steal)
1956                         return fallback_mt;
1957         }
1958
1959         return -1;
1960 }
1961
1962 /*
1963  * Reserve the pageblock(s) surrounding an allocation request for
1964  * exclusive use of high-order atomic allocations if there are no
1965  * empty page blocks that contain a page with a suitable order
1966  */
1967 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, int order,
1968                                          struct zone *zone)
1969 {
1970         int mt;
1971         unsigned long max_managed, flags;
1972
1973         /*
1974          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1975          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1976          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1977          * Check is race-prone but harmless.
1978          */
1979         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1980                 return;
1981         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1982         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1983                 return;
1984
1985         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1986
1987         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1988         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1989                 goto out_unlock;
1990
1991         /* Yoink! */
1992         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1993         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1994         if (!migratetype_is_mergeable(mt))
1995                 goto out_unlock;
1996
1997         if (order < pageblock_order) {
1998                 if (move_freepages_block(zone, page, mt, MIGRATE_HIGHATOMIC) == -1)
1999                         goto out_unlock;
2000                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2001         } else {
2002                 change_pageblock_range(page, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2003                 zone->nr_reserved_highatomic += 1 << order;
2004         }
2005
2006 out_unlock:
2007         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2008 }
2009
2010 /*
2011  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2012  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2013  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2014  * to recover from than an OOM.
2015  *
2016  * If @force is true, try to unreserve pageblocks even though highatomic
2017  * pageblock is exhausted.
2018  */
2019 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2020                                                 bool force)
2021 {
2022         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2023         unsigned long flags;
2024         struct zoneref *z;
2025         struct zone *zone;
2026         struct page *page;
2027         int order;
2028         int ret;
2029
2030         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2031                                                                 ac->nodemask) {
2032                 /*
2033                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2034                  * is really high.
2035                  */
2036                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2037                                         pageblock_nr_pages)
2038                         continue;
2039
2040                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2041                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
2042                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2043                         int mt;
2044
2045                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2046                         if (!page)
2047                                 continue;
2048
2049                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2050                         /*
2051                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2052                          * we can counter several free pages in a pageblock
2053                          * in this loop although we changed the pageblock type
2054                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2055                          * adjust the count once.
2056                          */
2057                         if (is_migrate_highatomic(mt)) {
2058                                 unsigned long size;
2059                                 /*
2060                                  * It should never happen but changes to
2061                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2062                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2063                                  * while unreserving so be safe and watch for
2064                                  * underflows.
2065                                  */
2066                                 size = max(pageblock_nr_pages, 1UL << order);
2067                                 size = min(size, zone->nr_reserved_highatomic);
2068                                 zone->nr_reserved_highatomic -= size;
2069                         }
2070
2071                         /*
2072                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2073                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2074                          * is doing the work and needs the pages. More
2075                          * importantly, if the block was always converted to
2076                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2077                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2078                          * may increase.
2079                          */
2080                         if (order < pageblock_order)
2081                                 ret = move_freepages_block(zone, page, mt,
2082                                                            ac->migratetype);
2083                         else {
2084                                 move_to_free_list(page, zone, order, mt,
2085                                                   ac->migratetype);
2086                                 change_pageblock_range(page, order,
2087                                                        ac->migratetype);
2088                                 ret = 1;
2089                         }
2090                         /*
2091                          * Reserving the block(s) already succeeded,
2092                          * so this should not fail on zone boundaries.
2093                          */
2094                         WARN_ON_ONCE(ret == -1);
2095                         if (ret > 0) {
2096                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2097                                 return ret;
2098                         }
2099                 }
2100                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2101         }
2102
2103         return false;
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2108  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2109  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2110  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2111  *
2112  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2113  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2114  * condition simpler.
2115  */
2116 static __always_inline struct page *
2117 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2118                                                 unsigned int alloc_flags)
2119 {
2120         struct free_area *area;
2121         int current_order;
2122         int min_order = order;
2123         struct page *page;
2124         int fallback_mt;
2125         bool can_steal;
2126
2127         /*
2128          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2129          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2130          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2131          */
2132         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2133                 min_order = pageblock_order;
2134
2135         /*
2136          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2137          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2138          * would be too costly to do exactly.
2139          */
2140         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2141                                 --current_order) {
2142                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2143                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2144                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2145                 if (fallback_mt == -1)
2146                         continue;
2147
2148                 /*
2149                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2150                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2151                  * steal and split the smallest available page instead of the
2152                  * largest available page, because even if the next movable
2153                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2154                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2155                  */
2156                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2157                                         && current_order > order)
2158                         goto find_smallest;
2159
2160                 goto do_steal;
2161         }
2162
2163         return NULL;
2164
2165 find_smallest:
2166         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2167                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2168                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2169                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2170                 if (fallback_mt != -1)
2171                         break;
2172         }
2173
2174         /*
2175          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2176          * when looking for the largest page.
2177          */
2178         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2179
2180 do_steal:
2181         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2182
2183         /* take off list, maybe claim block, expand remainder */
2184         page = steal_suitable_fallback(zone, page, current_order, order,
2185                                        start_migratetype, alloc_flags, can_steal);
2186
2187         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2188                 start_migratetype, fallback_mt);
2189
2190         return page;
2191 }
2192
2193 /*
2194  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2195  * Call me with the zone->lock already held.
2196  */
2197 static __always_inline struct page *
2198 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2199                                                 unsigned int alloc_flags)
2200 {
2201         struct page *page;
2202
2203         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2204                 /*
2205                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2206                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2207                  * is in the CMA area.
2208                  */
2209                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2210                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2211                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2212                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2213                         if (page)
2214                                 return page;
2215                 }
2216         }
2217
2218         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2219         if (unlikely(!page)) {
2220                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2221                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2222
2223                 if (!page)
2224                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2225                                                   alloc_flags);
2226         }
2227         return page;
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2232  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2233  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2234  */
2235 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2236                         unsigned long count, struct list_head *list,
2237                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2238 {
2239         unsigned long flags;
2240         int i;
2241
2242         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2243         for (i = 0; i < count; ++i) {
2244                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2245                                                                 alloc_flags);
2246                 if (unlikely(page == NULL))
2247                         break;
2248
2249                 /*
2250                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2251                  * physical page order. The page is added to the tail of
2252                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2253                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2254                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2255                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2256                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2257                  * pages are ordered properly.
2258                  */
2259                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2260         }
2261         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2262
2263         return i;
2264 }
2265
2266 /*
2267  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2268  * Return whether there are addition works to do.
2269  */
2270 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2271 {
2272         int high_min, to_drain, batch;
2273         int todo = 0;
2274
2275         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2276         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2277         /*
2278          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2279          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2280          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2281          */
2282         if (pcp->high > high_min) {
2283                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2284                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2285                 if (pcp->high > high_min)
2286                         todo++;
2287         }
2288
2289         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2290         if (to_drain > 0) {
2291                 spin_lock(&pcp->lock);
2292                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2293                 spin_unlock(&pcp->lock);
2294                 todo++;
2295         }
2296
2297         return todo;
2298 }
2299
2300 #ifdef CONFIG_NUMA
2301 /*
2302  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2303  * currently executing processor on remote nodes after they have
2304  * expired.
2305  */
2306 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2307 {
2308         int to_drain, batch;
2309
2310         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2311         to_drain = min(pcp->count, batch);
2312         if (to_drain > 0) {
2313                 spin_lock(&pcp->lock);
2314                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2315                 spin_unlock(&pcp->lock);
2316         }
2317 }
2318 #endif
2319
2320 /*
2321  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2322  */
2323 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2324 {
2325         struct per_cpu_pages *pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2326         int count = READ_ONCE(pcp->count);
2327
2328         while (count) {
2329                 int to_drain = min(count, pcp->batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2330                 count -= to_drain;
2331
2332                 spin_lock(&pcp->lock);
2333                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2334                 spin_unlock(&pcp->lock);
2335         }
2336 }
2337
2338 /*
2339  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2340  */
2341 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2342 {
2343         struct zone *zone;
2344
2345         for_each_populated_zone(zone) {
2346                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2347         }
2348 }
2349
2350 /*
2351  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2352  */
2353 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2354 {
2355         int cpu = smp_processor_id();
2356
2357         if (zone)
2358                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2359         else
2360                 drain_pages(cpu);
2361 }
2362
2363 /*
2364  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2365  * drain on all cpus.
2366  *
2367  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2368  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2369  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2370  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2371  * optimizing racy check.
2372  */
2373 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2374 {
2375         int cpu;
2376
2377         /*
2378          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2379          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2380          */
2381         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2382
2383         /*
2384          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2385          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2386          * the drain to be complete when the call returns.
2387          */
2388         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2389                 if (!zone)
2390                         return;
2391                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2392         }
2393
2394         /*
2395          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2396          * as offline notification will cause the notified
2397          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2398          * disables preemption as part of its processing
2399          */
2400         for_each_online_cpu(cpu) {
2401                 struct per_cpu_pages *pcp;
2402                 struct zone *z;
2403                 bool has_pcps = false;
2404
2405                 if (force_all_cpus) {
2406                         /*
2407                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2408                          * guarantee that no cpu is missed.
2409                          */
2410                         has_pcps = true;
2411                 } else if (zone) {
2412                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2413                         if (pcp->count)
2414                                 has_pcps = true;
2415                 } else {
2416                         for_each_populated_zone(z) {
2417                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2418                                 if (pcp->count) {
2419                                         has_pcps = true;
2420                                         break;
2421                                 }
2422                         }
2423                 }
2424
2425                 if (has_pcps)
2426                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2427                 else
2428                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2429         }
2430
2431         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2432                 if (zone)
2433                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2434                 else
2435                         drain_pages(cpu);
2436         }
2437
2438         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2439 }
2440
2441 /*
2442  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2443  *
2444  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2445  */
2446 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2447 {
2448         __drain_all_pages(zone, false);
2449 }
2450
2451 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2452 {
2453         int min_nr_free, max_nr_free;
2454
2455         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2456         if (unlikely(free_high))
2457                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2458
2459         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2460         if (unlikely(high < batch))
2461                 return 1;
2462
2463         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2464         min_nr_free = batch;
2465         max_nr_free = high - batch;
2466
2467         /*
2468          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2469          * freed pages to reduce zone lock contention.
2470          */
2471         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2472
2473         return batch;
2474 }
2475
2476 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2477                        int batch, bool free_high)
2478 {
2479         int high, high_min, high_max;
2480
2481         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2482         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2483         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2484
2485         if (unlikely(!high))
2486                 return 0;
2487
2488         if (unlikely(free_high)) {
2489                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2490                                 high_min);
2491                 return 0;
2492         }
2493
2494         /*
2495          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2496          * stored on pcp lists
2497          */
2498         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2499                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2500
2501                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2502                 return min(batch << 2, pcp->high);
2503         }
2504
2505         if (high_min == high_max)
2506                 return high;
2507
2508         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2509                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2510
2511                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2512                 high = max(pcp->count, high_min);
2513         } else if (pcp->count >= high) {
2514                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2515
2516                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2517                 if (pcp->high < need_high)
2518                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2519         }
2520
2521         return high;
2522 }
2523
2524 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2525                                    struct page *page, int migratetype,
2526                                    unsigned int order)
2527 {
2528         int high, batch;
2529         int pindex;
2530         bool free_high = false;
2531
2532         /*
2533          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2534          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2535          * allocations.
2536          */
2537         pcp->alloc_factor >>= 1;
2538         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2539         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2540         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2541         pcp->count += 1 << order;
2542
2543         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2544         /*
2545          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2546          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2547          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2548          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2549          */
2550         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2551                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2552                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2553                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2554                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2555                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2556         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2557                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2558         }
2559         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2560                 pcp->free_count += (1 << order);
2561         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2562         if (pcp->count >= high) {
2563                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2564                                    pcp, pindex);
2565                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2566                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2567                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2568                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2569         }
2570 }
2571
2572 /*
2573  * Free a pcp page
2574  */
2575 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2576 {
2577         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2578         struct per_cpu_pages *pcp;
2579         struct zone *zone;
2580         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2581         int migratetype;
2582
2583         if (!pcp_allowed_order(order)) {
2584                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
2585                 return;
2586         }
2587
2588         if (!free_pages_prepare(page, order))
2589                 return;
2590
2591         /*
2592          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2593          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2594          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2595          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2596          * excessively into the page allocator
2597          */
2598         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2599         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2600                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2601                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, FPI_NONE);
2602                         return;
2603                 }
2604                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2605         }
2606
2607         zone = page_zone(page);
2608         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2609         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2610         if (pcp) {
2611                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2612                 pcp_spin_unlock(pcp);
2613         } else {
2614                 free_one_page(zone, page, pfn, order, FPI_NONE);
2615         }
2616         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2617 }
2618
2619 /*
2620  * Free a batch of folios
2621  */
2622 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2623 {
2624         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2625         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2626         struct zone *locked_zone = NULL;
2627         int i, j;
2628
2629         /* Prepare folios for freeing */
2630         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2631                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2632                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2633                 unsigned int order = folio_order(folio);
2634
2635                 if (order > 0 && folio_test_large_rmappable(folio))
2636                         folio_undo_large_rmappable(folio);
2637                 if (!free_pages_prepare(&folio->page, order))
2638                         continue;
2639                 /*
2640                  * Free orders not handled on the PCP directly to the
2641                  * allocator.
2642                  */
2643                 if (!pcp_allowed_order(order)) {
2644                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page,
2645                                       pfn, order, FPI_NONE);
2646                         continue;
2647                 }
2648                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2649                 if (j != i)
2650                         folios->folios[j] = folio;
2651                 j++;
2652         }
2653         folios->nr = j;
2654
2655         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2656                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2657                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2658                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2659                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2660                 int migratetype;
2661
2662                 folio->private = NULL;
2663                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(&folio->page, pfn);
2664
2665                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2666                 if (zone != locked_zone ||
2667                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2668                         if (pcp) {
2669                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2670                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2671                                 locked_zone = NULL;
2672                                 pcp = NULL;
2673                         }
2674
2675                         /*
2676                          * Free isolated pages directly to the
2677                          * allocator, see comment in free_unref_page.
2678                          */
2679                         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
2680                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2681                                               order, FPI_NONE);
2682                                 continue;
2683                         }
2684
2685                         /*
2686                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2687                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2688                          */
2689                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2690                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2691                         if (unlikely(!pcp)) {
2692                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2693                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2694                                               order, FPI_NONE);
2695                                 continue;
2696                         }
2697                         locked_zone = zone;
2698                 }
2699
2700                 /*
2701                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2702                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2703                  */
2704                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2705                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2706
2707                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2708                 free_unref_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2709                                 order);
2710         }
2711
2712         if (pcp) {
2713                 pcp_spin_unlock(pcp);
2714                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2715         }
2716         folio_batch_reinit(folios);
2717 }
2718
2719 /*
2720  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2721  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2722  * Each sub-page must be freed individually.
2723  *
2724  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2725  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2726  */
2727 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2728 {
2729         int i;
2730
2731         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2732         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2733
2734         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2735                 set_page_refcounted(page + i);
2736         split_page_owner(page, order, 0);
2737         pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
2738         split_page_memcg(page, order, 0);
2739 }
2740 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2741
2742 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2743 {
2744         struct zone *zone = page_zone(page);
2745         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2746
2747         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2748                 unsigned long watermark;
2749                 /*
2750                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2751                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2752                  * watermark, because we already know our high-order page
2753                  * exists.
2754                  */
2755                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2756                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2757                         return 0;
2758         }
2759
2760         del_page_from_free_list(page, zone, order, mt);
2761
2762         /*
2763          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2764          * pageblock
2765          */
2766         if (order >= pageblock_order - 1) {
2767                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2768                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2769                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2770                         /*
2771                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2772                          * with others)
2773                          */
2774                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2775                                 move_freepages_block(zone, page, mt,
2776                                                      MIGRATE_MOVABLE);
2777                 }
2778         }
2779
2780         return 1UL << order;
2781 }
2782
2783 /**
2784  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2785  * @page: Page that was isolated
2786  * @order: Order of the isolated page
2787  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2788  *
2789  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2790  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2791  */
2792 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2793 {
2794         struct zone *zone = page_zone(page);
2795
2796         /* zone lock should be held when this function is called */
2797         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2798
2799         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2800         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2801                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2802 }
2803
2804 /*
2805  * Update NUMA hit/miss statistics
2806  */
2807 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2808                                    long nr_account)
2809 {
2810 #ifdef CONFIG_NUMA
2811         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2812
2813         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2814         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2815                 return;
2816
2817         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2818                 local_stat = NUMA_OTHER;
2819
2820         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2821                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2822         else {
2823                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2824                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2825         }
2826         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2827 #endif
2828 }
2829
2830 static __always_inline
2831 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2832                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2833                            int migratetype)
2834 {
2835         struct page *page;
2836         unsigned long flags;
2837
2838         do {
2839                 page = NULL;
2840                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2841                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2842                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2843                 if (!page) {
2844                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2845
2846                         /*
2847                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2848                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2849                          * failing a high-order atomic allocation in the
2850                          * future.
2851                          */
2852                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2853                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2854
2855                         if (!page) {
2856                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2857                                 return NULL;
2858                         }
2859                 }
2860                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2861         } while (check_new_pages(page, order));
2862
2863         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2864         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2865
2866         return page;
2867 }
2868
2869 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2870 {
2871         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2872         int high_max, high_min;
2873
2874         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2875         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2876         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2877         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2878
2879         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2880         if (unlikely(high < base_batch))
2881                 return 1;
2882
2883         if (order)
2884                 batch = base_batch;
2885         else
2886                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2887
2888         /*
2889          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2890          * zone.
2891          */
2892         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2893                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2894
2895         if (!order) {
2896                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2897                 /*
2898                  * Double the number of pages allocated each time there is
2899                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2900                  */
2901                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2902                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2903                         pcp->alloc_factor++;
2904                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2905         }
2906
2907         /*
2908          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2909          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2910          * for boot pagesets which should never store free pages as
2911          * the pages may belong to arbitrary zones.
2912          */
2913         if (batch > 1)
2914                 batch = max(batch >> order, 2);
2915
2916         return batch;
2917 }
2918
2919 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2920 static inline
2921 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2922                         int migratetype,
2923                         unsigned int alloc_flags,
2924                         struct per_cpu_pages *pcp,
2925                         struct list_head *list)
2926 {
2927         struct page *page;
2928
2929         do {
2930                 if (list_empty(list)) {
2931                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2932                         int alloced;
2933
2934                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2935                                         batch, list,
2936                                         migratetype, alloc_flags);
2937
2938                         pcp->count += alloced << order;
2939                         if (unlikely(list_empty(list)))
2940                                 return NULL;
2941                 }
2942
2943                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2944                 list_del(&page->pcp_list);
2945                 pcp->count -= 1 << order;
2946         } while (check_new_pages(page, order));
2947
2948         return page;
2949 }
2950
2951 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2952 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2953                         struct zone *zone, unsigned int order,
2954                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2955 {
2956         struct per_cpu_pages *pcp;
2957         struct list_head *list;
2958         struct page *page;
2959         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2960
2961         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2962         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2963         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2964         if (!pcp) {
2965                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2966                 return NULL;
2967         }
2968
2969         /*
2970          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2971          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2972          * frees.
2973          */
2974         pcp->free_count >>= 1;
2975         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2976         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2977         pcp_spin_unlock(pcp);
2978         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2979         if (page) {
2980                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2981                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2982         }
2983         return page;
2984 }
2985
2986 /*
2987  * Allocate a page from the given zone.
2988  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2989  */
2990
2991 /*
2992  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2993  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2994  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2995  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2996  */
2997 __no_sanitize_memory
2998 static inline
2999 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3000                         struct zone *zone, unsigned int order,
3001                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3002                         int migratetype)
3003 {
3004         struct page *page;
3005
3006         /*
3007          * We most definitely don't want callers attempting to
3008          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3009          */
3010         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3011
3012         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3013                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3014                                        migratetype, alloc_flags);
3015                 if (likely(page))
3016                         goto out;
3017         }
3018
3019         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3020                                                         migratetype);
3021
3022 out:
3023         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3024         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
3025             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3026                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3027                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3028         }
3029
3030         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3031         return page;
3032 }
3033
3034 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3035 {
3036         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3037 }
3038 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3039
3040 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3041                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3042 {
3043         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3044
3045         /*
3046          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3047          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3048          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3049          */
3050         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3051                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3052
3053 #ifdef CONFIG_CMA
3054         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3055         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3056                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3057 #endif
3058 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
3059         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
3060 #endif
3061
3062         return unusable_free;
3063 }
3064
3065 /*
3066  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3067  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3068  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3069  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3070  */
3071 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3072                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3073                          long free_pages)
3074 {
3075         long min = mark;
3076         int o;
3077
3078         /* free_pages may go negative - that's OK */
3079         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3080
3081         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3082                 /*
3083                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3084                  * as OOM.
3085                  */
3086                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3087                         min -= min / 2;
3088
3089                         /*
3090                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3091                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3092                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3093                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3094                          * access to the min reserve.
3095                          */
3096                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3097                                 min -= min / 4;
3098                 }
3099
3100                 /*
3101                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3102                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3103                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3104                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3105                  */
3106                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3107                         min -= min / 2;
3108         }
3109
3110         /*
3111          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3112          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3113          * even if a suitable page happened to be free.
3114          */
3115         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3116                 return false;
3117
3118         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3119         if (!order)
3120                 return true;
3121
3122         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3123         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3124                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3125                 int mt;
3126
3127                 if (!area->nr_free)
3128                         continue;
3129
3130                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3131                         if (!free_area_empty(area, mt))
3132                                 return true;
3133                 }
3134
3135 #ifdef CONFIG_CMA
3136                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3137                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3138                         return true;
3139                 }
3140 #endif
3141                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3142                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3143                         return true;
3144                 }
3145         }
3146         return false;
3147 }
3148
3149 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3150                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3151 {
3152         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3153                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3154 }
3155
3156 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3157                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3158                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3159 {
3160         long free_pages;
3161
3162         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3163
3164         /*
3165          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3166          * need to be calculated.
3167          */
3168         if (!order) {
3169                 long usable_free;
3170                 long reserved;
3171
3172                 usable_free = free_pages;
3173                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3174
3175                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3176                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3177                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3178                         return true;
3179         }
3180
3181         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3182                                         free_pages))
3183                 return true;
3184
3185         /*
3186          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3187          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3188          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3189          * when below the low watermark.
3190          */
3191         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3192                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3193                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3194                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3195                                         alloc_flags, free_pages);
3196         }
3197
3198         return false;
3199 }
3200
3201 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3202                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3203 {
3204         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3205
3206         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3207                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3208
3209         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3210                                                                 free_pages);
3211 }
3212
3213 #ifdef CONFIG_NUMA
3214 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3215
3216 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3217 {
3218         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3219                                 node_reclaim_distance;
3220 }
3221 #else   /* CONFIG_NUMA */
3222 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3223 {
3224         return true;
3225 }
3226 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3227
3228 /*
3229  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3230  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3231  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3232  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3233  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3234  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3235  */
3236 static inline unsigned int
3237 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3238 {
3239         unsigned int alloc_flags;
3240
3241         /*
3242          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3243          * to save a branch.
3244          */
3245         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3246
3247 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3248         if (!zone)
3249                 return alloc_flags;
3250
3251         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3252                 return alloc_flags;
3253
3254         /*
3255          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3256          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3257          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3258          */
3259         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3260         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3261                 return alloc_flags;
3262
3263         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3264 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3265         return alloc_flags;
3266 }
3267
3268 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3269 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3270                                                   unsigned int alloc_flags)
3271 {
3272 #ifdef CONFIG_CMA
3273         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3274                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3275 #endif
3276         return alloc_flags;
3277 }
3278
3279 /*
3280  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3281  * a page.
3282  */
3283 static struct page *
3284 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3285                                                 const struct alloc_context *ac)
3286 {
3287         struct zoneref *z;
3288         struct zone *zone;
3289         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3290         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3291         bool no_fallback;
3292
3293 retry:
3294         /*
3295          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3296          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3297          */
3298         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3299         z = ac->preferred_zoneref;
3300         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3301                                         ac->nodemask) {
3302                 struct page *page;
3303                 unsigned long mark;
3304
3305                 if (cpusets_enabled() &&
3306                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3307                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3308                                 continue;
3309                 /*
3310                  * When allocating a page cache page for writing, we
3311                  * want to get it from a node that is within its dirty
3312                  * limit, such that no single node holds more than its
3313                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3314                  * The dirty limits take into account the node's
3315                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3316                  * should be able to balance it without having to
3317                  * write pages from its LRU list.
3318                  *
3319                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3320                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3321                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3322                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3323                  * nodes are together not big enough to reach the
3324                  * global limit.  The proper fix for these situations
3325                  * will require awareness of nodes in the
3326                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3327                  */
3328                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3329                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3330                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3331                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3332                         }
3333
3334                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3335                                 continue;
3336                 }
3337
3338                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3339                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3340                         int local_nid;
3341
3342                         /*
3343                          * If moving to a remote node, retry but allow
3344                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3345                          * than fragmentation avoidance.
3346                          */
3347                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3348                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3349                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3350                                 goto retry;
3351                         }
3352                 }
3353
3354                 /*
3355                  * Detect whether the number of free pages is below high
3356                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3357                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3358                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3359                  * avoid to do that in hotter free path.
3360                  */
3361                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3362                         goto check_alloc_wmark;
3363
3364                 mark = high_wmark_pages(zone);
3365                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3366                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3367                                         gfp_mask))
3368                         goto try_this_zone;
3369                 else
3370                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3371
3372 check_alloc_wmark:
3373                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3374                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3375                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3376                                        gfp_mask)) {
3377                         int ret;
3378
3379                         if (has_unaccepted_memory()) {
3380                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3381                                         goto try_this_zone;
3382                         }
3383
3384 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3385                         /*
3386                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3387                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3388                          */
3389                         if (deferred_pages_enabled()) {
3390                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3391                                         goto try_this_zone;
3392                         }
3393 #endif
3394                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3395                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3396                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3397                                 goto try_this_zone;
3398
3399                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3400                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3401                                 continue;
3402
3403                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3404                         switch (ret) {
3405                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3406                                 /* did not scan */
3407                                 continue;
3408                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3409                                 /* scanned but unreclaimable */
3410                                 continue;
3411                         default:
3412                                 /* did we reclaim enough */
3413                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3414                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3415                                         goto try_this_zone;
3416
3417                                 continue;
3418                         }
3419                 }
3420
3421 try_this_zone:
3422                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3423                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3424                 if (page) {
3425                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3426
3427                         /*
3428                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3429                          * if the pageblock should be reserved for the future
3430                          */
3431                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3432                                 reserve_highatomic_pageblock(page, order, zone);
3433
3434                         return page;
3435                 } else {
3436                         if (has_unaccepted_memory()) {
3437                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3438                                         goto try_this_zone;
3439                         }
3440
3441 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3442                         /* Try again if zone has deferred pages */
3443                         if (deferred_pages_enabled()) {
3444                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3445                                         goto try_this_zone;
3446                         }
3447 #endif
3448                 }
3449         }
3450
3451         /*
3452          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3453          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3454          */
3455         if (no_fallback) {
3456                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3457                 goto retry;
3458         }
3459
3460         return NULL;
3461 }
3462
3463 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3464 {
3465         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3466
3467         /*
3468          * This documents exceptions given to allocations in certain
3469          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3470          * of allowed nodes.
3471          */
3472         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3473                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3474                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3475                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3476         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3477                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3478
3479         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3480 }
3481
3482 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3483 {
3484         struct va_format vaf;
3485         va_list args;
3486         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3487
3488         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3489              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3490              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3491                 return;
3492
3493         va_start(args, fmt);
3494         vaf.fmt = fmt;
3495         vaf.va = &args;
3496         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3497                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3498                         nodemask_pr_args(nodemask));
3499         va_end(args);
3500
3501         cpuset_print_current_mems_allowed();
3502         pr_cont("\n");
3503         dump_stack();
3504         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3505 }
3506
3507 static inline struct page *
3508 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3509                               unsigned int alloc_flags,
3510                               const struct alloc_context *ac)
3511 {
3512         struct page *page;
3513
3514         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3515                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3516         /*
3517          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3518          * are depleted
3519          */
3520         if (!page)
3521                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3522                                 alloc_flags, ac);
3523
3524         return page;
3525 }
3526
3527 static inline struct page *
3528 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3529         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3530 {
3531         struct oom_control oc = {
3532                 .zonelist = ac->zonelist,
3533                 .nodemask = ac->nodemask,
3534                 .memcg = NULL,
3535                 .gfp_mask = gfp_mask,
3536                 .order = order,
3537         };
3538         struct page *page;
3539
3540         *did_some_progress = 0;
3541
3542         /*
3543          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3544          * making progress for us.
3545          */
3546         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3547                 *did_some_progress = 1;
3548                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3549                 return NULL;
3550         }
3551
3552         /*
3553          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3554          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3555          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3556          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3557          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3558          */
3559         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3560                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3561                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3562         if (page)
3563                 goto out;
3564
3565         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3566         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3567                 goto out;
3568         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3569         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3570                 goto out;
3571         /*
3572          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3573          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3574          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3575          * fallback than shooting a random task.
3576          *
3577          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3578          */
3579         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3580                 goto out;
3581         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3582         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3583                 goto out;
3584         if (pm_suspended_storage())
3585                 goto out;
3586         /*
3587          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3588          * other request to make a forward progress.
3589          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3590          * do much for this context but let's try it to at least get
3591          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3592          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3593          * failures more gracefully we should just bail out here.
3594          */
3595
3596         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3597         if (out_of_memory(&oc) ||
3598             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3599                 *did_some_progress = 1;
3600
3601                 /*
3602                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3603                  * reserves
3604                  */
3605                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3606                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3607                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3608         }
3609 out:
3610         mutex_unlock(&oom_lock);
3611         return page;
3612 }
3613
3614 /*
3615  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3616  * killer is consider as the only way to move forward.
3617  */
3618 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3619
3620 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3621 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3622 static struct page *
3623 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3624                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3625                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3626 {
3627         struct page *page = NULL;
3628         unsigned long pflags;
3629         unsigned int noreclaim_flag;
3630
3631         if (!order)
3632                 return NULL;
3633
3634         psi_memstall_enter(&pflags);
3635         delayacct_compact_start();
3636         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3637
3638         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3639                                                                 prio, &page);
3640
3641         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3642         psi_memstall_leave(&pflags);
3643         delayacct_compact_end();
3644
3645         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3646                 return NULL;
3647         /*
3648          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3649          * count a compaction stall
3650          */
3651         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3652
3653         /* Prep a captured page if available */
3654         if (page)
3655                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3656
3657         /* Try get a page from the freelist if available */
3658         if (!page)
3659                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3660
3661         if (page) {
3662                 struct zone *zone = page_zone(page);
3663
3664                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3665                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3666                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3667                 return page;
3668         }
3669
3670         /*
3671          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3672          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3673          */
3674         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3675
3676         cond_resched();
3677
3678         return NULL;
3679 }
3680
3681 static inline bool
3682 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3683                      enum compact_result compact_result,
3684                      enum compact_priority *compact_priority,
3685                      int *compaction_retries)
3686 {
3687         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3688         int min_priority;
3689         bool ret = false;
3690         int retries = *compaction_retries;
3691         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3692
3693         if (!order)
3694                 return false;
3695
3696         if (fatal_signal_pending(current))
3697                 return false;
3698
3699         /*
3700          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3701          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3702          */
3703         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3704                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3705                 goto out;
3706         }
3707
3708         /*
3709          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3710          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3711          */
3712         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3713                 /*
3714                  * !costly requests are much more important than
3715                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3716                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3717                  * costly can fail and users are ready to cope with
3718                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3719                  * need much more detailed feedback from compaction to
3720                  * make a better decision.
3721                  */
3722                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3723                         max_retries /= 4;
3724
3725                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3726                         ret = true;
3727                         goto out;
3728                 }
3729         }
3730
3731         /*
3732          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3733          */
3734         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3735                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3736
3737         if (*compact_priority > min_priority) {
3738                 (*compact_priority)--;
3739                 *compaction_retries = 0;
3740                 ret = true;
3741         }
3742 out:
3743         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3744         return ret;
3745 }
3746 #else
3747 static inline struct page *
3748 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3749                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3750                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3751 {
3752         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3753         return NULL;
3754 }
3755
3756 static inline bool
3757 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3758                      enum compact_result compact_result,
3759                      enum compact_priority *compact_priority,
3760                      int *compaction_retries)
3761 {
3762         struct zone *zone;
3763         struct zoneref *z;
3764
3765         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3766                 return false;
3767
3768         /*
3769          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3770          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3771          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3772          * watermarks are OK.
3773          */
3774         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3775                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3776                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3777                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3778                         return true;
3779         }
3780         return false;
3781 }
3782 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3783
3784 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3785 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3786         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3787
3788 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3789 {
3790         /* no reclaim without waiting on it */
3791         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3792                 return false;
3793
3794         /* this guy won't enter reclaim */
3795         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3796                 return false;
3797
3798         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3799                 return false;
3800
3801         return true;
3802 }
3803
3804 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3805 {
3806         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3807 }
3808
3809 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3810 {
3811         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3812 }
3813
3814 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3815 {
3816         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3817
3818         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3819                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3820                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3821
3822 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3823                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3824                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3825 #endif
3826
3827         }
3828 }
3829 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3830
3831 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3832 {
3833         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3834
3835         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3836                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3837                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3838         }
3839 }
3840 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3841 #endif
3842
3843 /*
3844  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3845  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3846  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3847  * embedded spin_lock.
3848  */
3849 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3850
3851 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3852 {
3853         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3854                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3855
3856         return 0;
3857 }
3858
3859 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3860 {
3861         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3862                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3863
3864         return seq;
3865 }
3866
3867 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3868 static unsigned long
3869 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3870                                         const struct alloc_context *ac)
3871 {
3872         unsigned int noreclaim_flag;
3873         unsigned long progress;
3874
3875         cond_resched();
3876
3877         /* We now go into synchronous reclaim */
3878         cpuset_memory_pressure_bump();
3879         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3880         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3881
3882         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3883                                                                 ac->nodemask);
3884
3885         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3886         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3887
3888         cond_resched();
3889
3890         return progress;
3891 }
3892
3893 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3894 static inline struct page *
3895 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3896                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3897                 unsigned long *did_some_progress)
3898 {
3899         struct page *page = NULL;
3900         unsigned long pflags;
3901         bool drained = false;
3902
3903         psi_memstall_enter(&pflags);
3904         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3905         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3906                 goto out;
3907
3908 retry:
3909         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3910
3911         /*
3912          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3913          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3914          * Shrink them and try again
3915          */
3916         if (!page && !drained) {
3917                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3918                 drain_all_pages(NULL);
3919                 drained = true;
3920                 goto retry;
3921         }
3922 out:
3923         psi_memstall_leave(&pflags);
3924
3925         return page;
3926 }
3927
3928 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3929                              const struct alloc_context *ac)
3930 {
3931         struct zoneref *z;
3932         struct zone *zone;
3933         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3934         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3935
3936         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3937                                         ac->nodemask) {
3938                 if (!managed_zone(zone))
3939                         continue;
3940                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3941                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3942                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3943                 }
3944         }
3945 }
3946
3947 static inline unsigned int
3948 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3949 {
3950         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3951
3952         /*
3953          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3954          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3955          * to save two branches.
3956          */
3957         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3958         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3959
3960         /*
3961          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3962          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3963          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3964          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3965          */
3966         alloc_flags |= (__force int)
3967                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3968
3969         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3970                 /*
3971                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3972                  * if it can't schedule.
3973                  */
3974                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3975                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3976
3977                         if (order > 0)
3978                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3979                 }
3980
3981                 /*
3982                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3983                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3984                  * cpuset_node_allowed().
3985                  */
3986                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3987                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3988         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3989                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3990
3991         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3992
3993         return alloc_flags;
3994 }
3995
3996 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3997 {
3998         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3999                 return false;
4000
4001         /*
4002          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4003          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4004          */
4005         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4006                 return false;
4007
4008         return true;
4009 }
4010
4011 /*
4012  * Distinguish requests which really need access to full memory
4013  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4014  */
4015 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4016 {
4017         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4018                 return 0;
4019         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4020                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4021         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4022                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4023         if (!in_interrupt()) {
4024                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4025                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4026                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4027                         return ALLOC_OOM;
4028         }
4029
4030         return 0;
4031 }
4032
4033 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4034 {
4035         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4036 }
4037
4038 /*
4039  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4040  * for the given allocation request.
4041  *
4042  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4043  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4044  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4045  *
4046  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4047  */
4048 static inline bool
4049 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4050                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4051                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4052 {
4053         struct zone *zone;
4054         struct zoneref *z;
4055         bool ret = false;
4056
4057         /*
4058          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4059          * their order will become available due to high fragmentation so
4060          * always increment the no progress counter for them
4061          */
4062         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4063                 *no_progress_loops = 0;
4064         else
4065                 (*no_progress_loops)++;
4066
4067         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
4068                 goto out;
4069
4070
4071         /*
4072          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4073          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4074          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4075          * screwed and have to go OOM.
4076          */
4077         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4078                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4079                 unsigned long available;
4080                 unsigned long reclaimable;
4081                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4082                 bool wmark;
4083
4084                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4085                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4086
4087                 /*
4088                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4089                  * reclaimable pages?
4090                  */
4091                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4092                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4093                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4094                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4095                 if (wmark) {
4096                         ret = true;
4097                         break;
4098                 }
4099         }
4100
4101         /*
4102          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4103          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4104          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4105          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4106          * here rather than calling cond_resched().
4107          */
4108         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4109                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4110         else
4111                 cond_resched();
4112 out:
4113         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4114         if (!ret)
4115                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4116
4117         return ret;
4118 }
4119
4120 static inline bool
4121 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4122 {
4123         /*
4124          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4125          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4126          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4127          * such a way the check therein was true, and then it became false
4128          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4129          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4130          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4131          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4132          * caller can deal with a violated nodemask.
4133          */
4134         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4135                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4136                 ac->nodemask = NULL;
4137                 return true;
4138         }
4139
4140         /*
4141          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4142          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4143          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4144          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4145          * retry.
4146          */
4147         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4148                 return true;
4149
4150         return false;
4151 }
4152
4153 static inline struct page *
4154 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4155                                                 struct alloc_context *ac)
4156 {
4157         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4158         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4159         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4160         struct page *page = NULL;
4161         unsigned int alloc_flags;
4162         unsigned long did_some_progress;
4163         enum compact_priority compact_priority;
4164         enum compact_result compact_result;
4165         int compaction_retries;
4166         int no_progress_loops;
4167         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4168         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4169         int reserve_flags;
4170
4171 restart:
4172         compaction_retries = 0;
4173         no_progress_loops = 0;
4174         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4175         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4176         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4177
4178         /*
4179          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4180          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4181          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4182          */
4183         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4184
4185         /*
4186          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4187          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4188          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4189          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4190          */
4191         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4192                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4193         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4194                 goto nopage;
4195
4196         /*
4197          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4198          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4199          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4200          */
4201         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4202                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4203                                         ac->highest_zoneidx,
4204                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4205                 if (!z->zone)
4206                         goto nopage;
4207         }
4208
4209         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4210                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4211
4212         /*
4213          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4214          * that first
4215          */
4216         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4217         if (page)
4218                 goto got_pg;
4219
4220         /*
4221          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4222          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4223          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4224          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4225          * same migratetype.
4226          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4227          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4228          */
4229         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4230                         (costly_order ||
4231                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4232                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4233                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4234                                                 alloc_flags, ac,
4235                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4236                                                 &compact_result);
4237                 if (page)
4238                         goto got_pg;
4239
4240                 /*
4241                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4242                  * includes some THP page fault allocations
4243                  */
4244                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4245                         /*
4246                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4247                          * failed because all zones are below low watermarks
4248                          * or is prohibited because it recently failed at this
4249                          * order, fail immediately unless the allocator has
4250                          * requested compaction and reclaim retry.
4251                          *
4252                          * Reclaim is
4253                          *  - potentially very expensive because zones are far
4254                          *    below their low watermarks or this is part of very
4255                          *    bursty high order allocations,
4256                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4257                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4258                          *    linear scan, and
4259                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4260                          *    own.
4261                          */
4262                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4263                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4264                                 goto nopage;
4265
4266                         /*
4267                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4268                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4269                          * using async compaction.
4270                          */
4271                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4272                 }
4273         }
4274
4275 retry:
4276         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4277         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4278                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4279
4280         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4281         if (reserve_flags)
4282                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4283                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4284
4285         /*
4286          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4287          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4288          * user oriented.
4289          */
4290         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4291                 ac->nodemask = NULL;
4292                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4293                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4294         }
4295
4296         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4297         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4298         if (page)
4299                 goto got_pg;
4300
4301         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4302         if (!can_direct_reclaim)
4303                 goto nopage;
4304
4305         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4306         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4307                 goto nopage;
4308
4309         /* Try direct reclaim and then allocating */
4310         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4311                                                         &did_some_progress);
4312         if (page)
4313                 goto got_pg;
4314
4315         /* Try direct compaction and then allocating */
4316         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4317                                         compact_priority, &compact_result);
4318         if (page)
4319                 goto got_pg;
4320
4321         /* Do not loop if specifically requested */
4322         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4323                 goto nopage;
4324
4325         /*
4326          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4327          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4328          */
4329         if (costly_order && (!can_compact ||
4330                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4331                 goto nopage;
4332
4333         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4334                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4335                 goto retry;
4336
4337         /*
4338          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4339          * reclaim is not able to make any progress because the current
4340          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4341          * of free memory (see __compaction_suitable)
4342          */
4343         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4344                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4345                                 compact_result, &compact_priority,
4346                                 &compaction_retries))
4347                 goto retry;
4348
4349
4350         /*
4351          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4352          * a unnecessary OOM kill.
4353          */
4354         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4355             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4356                 goto restart;
4357
4358         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4359         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4360         if (page)
4361                 goto got_pg;
4362
4363         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4364         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4365             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4366              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4367                 goto nopage;
4368
4369         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4370         if (did_some_progress) {
4371                 no_progress_loops = 0;
4372                 goto retry;
4373         }
4374
4375 nopage:
4376         /*
4377          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4378          * a unnecessary OOM kill.
4379          */
4380         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4381             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4382                 goto restart;
4383
4384         /*
4385          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4386          * we always retry
4387          */
4388         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4389                 /*
4390                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4391                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4392                  */
4393                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4394                         goto fail;
4395
4396                 /*
4397                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4398                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4399                  * for somebody to do a work for us
4400                  */
4401                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4402
4403                 /*
4404                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4405                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4406                  * so that we can identify them and convert them to something
4407                  * else.
4408                  */
4409                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4410
4411                 /*
4412                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4413                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4414                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4415                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4416                  * the situation worse.
4417                  */
4418                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4419                 if (page)
4420                         goto got_pg;
4421
4422                 cond_resched();
4423                 goto retry;
4424         }
4425 fail:
4426         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4427                         "page allocation failure: order:%u", order);
4428 got_pg:
4429         return page;
4430 }
4431
4432 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4433                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4434                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4435                 unsigned int *alloc_flags)
4436 {
4437         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4438         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4439         ac->nodemask = nodemask;
4440         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4441
4442         if (cpusets_enabled()) {
4443                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4444                 /*
4445                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4446                  * to the current task context. It means that any node ok.
4447                  */
4448                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4449                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4450                 else
4451                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4452         }
4453
4454         might_alloc(gfp_mask);
4455
4456         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4457                 return false;
4458
4459         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4460
4461         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4462         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4463
4464         /*
4465          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4466          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4467          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4468          */
4469         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4470                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4471
4472         return true;
4473 }
4474
4475 /*
4476  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4477  * @gfp: GFP flags for the allocation
4478  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4479  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4480  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4481  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4482  * @page_array: Optional array to store the pages
4483  *
4484  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4485  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4486  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4487  *
4488  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4489  *
4490  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4491  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4492  *
4493  * Returns the number of pages on the list or array.
4494  */
4495 unsigned long alloc_pages_bulk_noprof(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4496                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4497                         struct list_head *page_list,
4498                         struct page **page_array)
4499 {
4500         struct page *page;
4501         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4502         struct zone *zone;
4503         struct zoneref *z;
4504         struct per_cpu_pages *pcp;
4505         struct list_head *pcp_list;
4506         struct alloc_context ac;
4507         gfp_t alloc_gfp;
4508         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4509         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4510
4511         /*
4512          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4513          * to be allocated before disabling IRQs.
4514          */
4515         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4516                 nr_populated++;
4517
4518         /* No pages requested? */
4519         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4520                 goto out;
4521
4522         /* Already populated array? */
4523         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4524                 goto out;
4525
4526         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4527         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4528                 goto failed;
4529
4530         /* Use the single page allocator for one page. */
4531         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4532                 goto failed;
4533
4534 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4535         /*
4536          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4537          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4538          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4539          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4540          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4541          */
4542         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4543                 goto failed;
4544 #endif
4545
4546         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4547         gfp &= gfp_allowed_mask;
4548         alloc_gfp = gfp;
4549         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4550                 goto out;
4551         gfp = alloc_gfp;
4552
4553         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4554         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4555                 unsigned long mark;
4556
4557                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4558                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4559                         continue;
4560                 }
4561
4562                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4563                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4564                         goto failed;
4565                 }
4566
4567                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4568                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4569                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4570                                 alloc_flags, gfp)) {
4571                         break;
4572                 }
4573         }
4574
4575         /*
4576          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4577          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4578          */
4579         if (unlikely(!zone))
4580                 goto failed;
4581
4582         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4583         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4584         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4585         if (!pcp)
4586                 goto failed_irq;
4587
4588         /* Attempt the batch allocation */
4589         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4590         while (nr_populated < nr_pages) {
4591
4592                 /* Skip existing pages */
4593                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4594                         nr_populated++;
4595                         continue;
4596                 }
4597
4598                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4599                                                                 pcp, pcp_list);
4600                 if (unlikely(!page)) {
4601                         /* Try and allocate at least one page */
4602                         if (!nr_account) {
4603                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4604                                 goto failed_irq;
4605                         }
4606                         break;
4607                 }
4608                 nr_account++;
4609
4610                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4611                 if (page_list)
4612                         list_add(&page->lru, page_list);
4613                 else
4614                         page_array[nr_populated] = page;
4615                 nr_populated++;
4616         }
4617
4618         pcp_spin_unlock(pcp);
4619         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4620
4621         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4622         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4623
4624 out:
4625         return nr_populated;
4626
4627 failed_irq:
4628         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4629
4630 failed:
4631         page = __alloc_pages_noprof(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4632         if (page) {
4633                 if (page_list)
4634                         list_add(&page->lru, page_list);
4635                 else
4636                         page_array[nr_populated] = page;
4637                 nr_populated++;
4638         }
4639
4640         goto out;
4641 }
4642 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_pages_bulk_noprof);
4643
4644 /*
4645  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4646  */
4647 struct page *__alloc_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4648                                       int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4649 {
4650         struct page *page;
4651         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4652         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4653         struct alloc_context ac = { };
4654
4655         /*
4656          * There are several places where we assume that the order value is sane
4657          * so bail out early if the request is out of bound.
4658          */
4659         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4660                 return NULL;
4661
4662         gfp &= gfp_allowed_mask;
4663         /*
4664          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4665          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4666          * from a particular context which has been marked by
4667          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4668          * movable zones are not used during allocation.
4669          */
4670         gfp = current_gfp_context(gfp);
4671         alloc_gfp = gfp;
4672         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4673                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4674                 return NULL;
4675
4676         /*
4677          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4678          * memory until all local zones are considered.
4679          */
4680         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4681
4682         /* First allocation attempt */
4683         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4684         if (likely(page))
4685                 goto out;
4686
4687         alloc_gfp = gfp;
4688         ac.spread_dirty_pages = false;
4689
4690         /*
4691          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4692          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4693          */
4694         ac.nodemask = nodemask;
4695
4696         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4697
4698 out:
4699         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4700             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4701                 __free_pages(page, order);
4702                 page = NULL;
4703         }
4704
4705         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4706         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4707
4708         return page;
4709 }
4710 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_noprof);
4711
4712 struct folio *__folio_alloc_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4713                 nodemask_t *nodemask)
4714 {
4715         struct page *page = __alloc_pages_noprof(gfp | __GFP_COMP, order,
4716                                         preferred_nid, nodemask);
4717         return page_rmappable_folio(page);
4718 }
4719 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc_noprof);
4720
4721 /*
4722  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4723  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4724  * you need to access high mem.
4725  */
4726 unsigned long get_free_pages_noprof(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4727 {
4728         struct page *page;
4729
4730         page = alloc_pages_noprof(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4731         if (!page)
4732                 return 0;
4733         return (unsigned long) page_address(page);
4734 }
4735 EXPORT_SYMBOL(get_free_pages_noprof);
4736
4737 unsigned long get_zeroed_page_noprof(gfp_t gfp_mask)
4738 {
4739         return get_free_pages_noprof(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4740 }
4741 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page_noprof);
4742
4743 /**
4744  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4745  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4746  * @order: The order of the allocation.
4747  *
4748  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4749  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4750  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4751  * than was allocated will probably emit a warning.
4752  *
4753  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4754  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4755  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4756  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4757  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4758  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4759  *
4760  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4761  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4762  */
4763 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4764 {
4765         /* get PageHead before we drop reference */
4766         int head = PageHead(page);
4767         struct alloc_tag *tag = pgalloc_tag_get(page);
4768
4769         if (put_page_testzero(page))
4770                 free_unref_page(page, order);
4771         else if (!head) {
4772                 pgalloc_tag_sub_pages(tag, (1 << order) - 1);
4773                 while (order-- > 0)
4774                         free_unref_page(page + (1 << order), order);
4775         }
4776 }
4777 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4778
4779 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4780 {
4781         if (addr != 0) {
4782                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4783                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4784         }
4785 }
4786
4787 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4788
4789 /*
4790  * Page Fragment:
4791  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4792  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4793  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4794  *
4795  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4796  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4797  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4798  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4799  */
4800 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4801                                              gfp_t gfp_mask)
4802 {
4803         struct page *page = NULL;
4804         gfp_t gfp = gfp_mask;
4805
4806 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4807         gfp_mask = (gfp_mask & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) |  __GFP_COMP |
4808                    __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC;
4809         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4810                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4811         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4812 #endif
4813         if (unlikely(!page))
4814                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4815
4816         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4817
4818         return page;
4819 }
4820
4821 void page_frag_cache_drain(struct page_frag_cache *nc)
4822 {
4823         if (!nc->va)
4824                 return;
4825
4826         __page_frag_cache_drain(virt_to_head_page(nc->va), nc->pagecnt_bias);
4827         nc->va = NULL;
4828 }
4829 EXPORT_SYMBOL(page_frag_cache_drain);
4830
4831 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4832 {
4833         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4834
4835         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4836                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4837 }
4838 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4839
4840 void *__page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4841                               unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4842                               unsigned int align_mask)
4843 {
4844         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4845         struct page *page;
4846         int offset;
4847
4848         if (unlikely(!nc->va)) {
4849 refill:
4850                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4851                 if (!page)
4852                         return NULL;
4853
4854 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4855                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4856                 size = nc->size;
4857 #endif
4858                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4859                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4860                  */
4861                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4862
4863                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4864                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4865                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4866                 nc->offset = size;
4867         }
4868
4869         offset = nc->offset - fragsz;
4870         if (unlikely(offset < 0)) {
4871                 page = virt_to_page(nc->va);
4872
4873                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4874                         goto refill;
4875
4876                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4877                         free_unref_page(page, compound_order(page));
4878                         goto refill;
4879                 }
4880
4881 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4882                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4883                 size = nc->size;
4884 #endif
4885                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4886                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4887
4888                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4889                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4890                 offset = size - fragsz;
4891                 if (unlikely(offset < 0)) {
4892                         /*
4893                          * The caller is trying to allocate a fragment
4894                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4895                          * enough to satisfy the request, this may
4896                          * happen in low memory conditions.
4897                          * We don't release the cache page because
4898                          * it could make memory pressure worse
4899                          * so we simply return NULL here.
4900                          */
4901                         return NULL;
4902                 }
4903         }
4904
4905         nc->pagecnt_bias--;
4906         offset &= align_mask;
4907         nc->offset = offset;
4908
4909         return nc->va + offset;
4910 }
4911 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_alloc_align);
4912
4913 /*
4914  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4915  */
4916 void page_frag_free(void *addr)
4917 {
4918         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4919
4920         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4921                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4922 }
4923 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4924
4925 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4926                 size_t size)
4927 {
4928         if (addr) {
4929                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4930                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4931                 struct page *last = page + nr;
4932
4933                 split_page_owner(page, order, 0);
4934                 pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
4935                 split_page_memcg(page, order, 0);
4936                 while (page < --last)
4937                         set_page_refcounted(last);
4938
4939                 last = page + (1UL << order);
4940                 for (page += nr; page < last; page++)
4941                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4942         }
4943         return (void *)addr;
4944 }
4945
4946 /**
4947  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4948  * @size: the number of bytes to allocate
4949  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4950  *
4951  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4952  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4953  * allocate memory in power-of-two pages.
4954  *
4955  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4956  *
4957  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4958  *
4959  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4960  */
4961 void *alloc_pages_exact_noprof(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4962 {
4963         unsigned int order = get_order(size);
4964         unsigned long addr;
4965
4966         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4967                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4968
4969         addr = get_free_pages_noprof(gfp_mask, order);
4970         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4971 }
4972 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_noprof);
4973
4974 /**
4975  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4976  *                         pages on a node.
4977  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4978  * @size: the number of bytes to allocate
4979  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4980  *
4981  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4982  * back.
4983  *
4984  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4985  */
4986 void * __meminit alloc_pages_exact_nid_noprof(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4987 {
4988         unsigned int order = get_order(size);
4989         struct page *p;
4990
4991         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4992                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4993
4994         p = alloc_pages_node_noprof(nid, gfp_mask, order);
4995         if (!p)
4996                 return NULL;
4997         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4998 }
4999
5000 /**
5001  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5002  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5003  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5004  *
5005  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5006  */
5007 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5008 {
5009         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5010         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5011
5012         while (addr < end) {
5013                 free_page(addr);
5014                 addr += PAGE_SIZE;
5015         }
5016 }
5017 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5018
5019 /**
5020  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5021  * @offset: The zone index of the highest zone
5022  *
5023  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5024  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5025  * zone, the number of pages is calculated as:
5026  *
5027  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5028  *
5029  * Return: number of pages beyond high watermark.
5030  */
5031 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5032 {
5033         struct zoneref *z;
5034         struct zone *zone;
5035
5036         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5037         unsigned long sum = 0;
5038
5039         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5040
5041         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5042                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5043                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5044                 if (size > high)
5045                         sum += size - high;
5046         }
5047
5048         return sum;
5049 }
5050
5051 /**
5052  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5053  *
5054  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5055  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5056  *
5057  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5058  * ZONE_NORMAL.
5059  */
5060 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5061 {
5062         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5063 }
5064 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5065
5066 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5067 {
5068         zoneref->zone = zone;
5069         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5070 }
5071
5072 /*
5073  * Builds allocation fallback zone lists.
5074  *
5075  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5076  */
5077 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5078 {
5079         struct zone *zone;
5080         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5081         int nr_zones = 0;
5082
5083         do {
5084                 zone_type--;
5085                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5086                 if (populated_zone(zone)) {
5087                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5088                         check_highest_zone(zone_type);
5089                 }
5090         } while (zone_type);
5091
5092         return nr_zones;
5093 }
5094
5095 #ifdef CONFIG_NUMA
5096
5097 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5098 {
5099         /*
5100          * We used to support different zonelists modes but they turned
5101          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5102          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5103          * not fail it silently
5104          */
5105         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5106                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5107                 return -EINVAL;
5108         }
5109         return 0;
5110 }
5111
5112 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5113 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5114 /*
5115  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5116  */
5117 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5118                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5119 {
5120         if (write)
5121                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5122         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5123 }
5124
5125 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5126
5127 /**
5128  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5129  * @node: node whose fallback list we're appending
5130  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5131  *
5132  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5133  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5134  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5135  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5136  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5137  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5138  * on them otherwise.
5139  *
5140  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5141  */
5142 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5143 {
5144         int n, val;
5145         int min_val = INT_MAX;
5146         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5147
5148         /*
5149          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5150          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5151          */
5152         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5153                 node_set(node, *used_node_mask);
5154                 return node;
5155         }
5156
5157         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5158
5159                 /* Don't want a node to appear more than once */
5160                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5161                         continue;
5162
5163                 /* Use the distance array to find the distance */
5164                 val = node_distance(node, n);
5165
5166                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5167                 val += (n < node);
5168
5169                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5170                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5171                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5172
5173                 /* Slight preference for less loaded node */
5174                 val *= MAX_NUMNODES;
5175                 val += node_load[n];
5176
5177                 if (val < min_val) {
5178                         min_val = val;
5179                         best_node = n;
5180                 }
5181         }
5182
5183         if (best_node >= 0)
5184                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5185
5186         return best_node;
5187 }
5188
5189
5190 /*
5191  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5192  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5193  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5194  */
5195 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5196                 unsigned nr_nodes)
5197 {
5198         struct zoneref *zonerefs;
5199         int i;
5200
5201         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5202
5203         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5204                 int nr_zones;
5205
5206                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5207
5208                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5209                 zonerefs += nr_zones;
5210         }
5211         zonerefs->zone = NULL;
5212         zonerefs->zone_idx = 0;
5213 }
5214
5215 /*
5216  * Build gfp_thisnode zonelists
5217  */
5218 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5219 {
5220         struct zoneref *zonerefs;
5221         int nr_zones;
5222
5223         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5224         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5225         zonerefs += nr_zones;
5226         zonerefs->zone = NULL;
5227         zonerefs->zone_idx = 0;
5228 }
5229
5230 /*
5231  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5232  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5233  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5234  * may still exist in local DMA zone.
5235  */
5236
5237 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5238 {
5239         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5240         int node, nr_nodes = 0;
5241         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5242         int local_node, prev_node;
5243
5244         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5245         local_node = pgdat->node_id;
5246         prev_node = local_node;
5247
5248         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5249         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5250                 /*
5251                  * We don't want to pressure a particular node.
5252                  * So adding penalty to the first node in same
5253                  * distance group to make it round-robin.
5254                  */
5255                 if (node_distance(local_node, node) !=
5256                     node_distance(local_node, prev_node))
5257                         node_load[node] += 1;
5258
5259                 node_order[nr_nodes++] = node;
5260                 prev_node = node;
5261         }
5262
5263         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5264         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5265         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5266         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5267                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5268         pr_cont("\n");
5269 }
5270
5271 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5272 /*
5273  * Return node id of node used for "local" allocations.
5274  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5275  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5276  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5277  */
5278 int local_memory_node(int node)
5279 {
5280         struct zoneref *z;
5281
5282         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5283                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5284                                    NULL);
5285         return zone_to_nid(z->zone);
5286 }
5287 #endif
5288
5289 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5290 static void setup_min_slab_ratio(void);
5291 #else   /* CONFIG_NUMA */
5292
5293 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5294 {
5295         struct zoneref *zonerefs;
5296         int nr_zones;
5297
5298         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5299         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5300         zonerefs += nr_zones;
5301
5302         zonerefs->zone = NULL;
5303         zonerefs->zone_idx = 0;
5304 }
5305
5306 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5307
5308 /*
5309  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5310  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5311  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5312  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5313  * with interrupts disabled.
5314  *
5315  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5316  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5317  * hotplugged processors.
5318  *
5319  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5320  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5321  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5322  */
5323 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5324 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5325 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5326 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5327 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5328 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5329
5330 static void __build_all_zonelists(void *data)
5331 {
5332         int nid;
5333         int __maybe_unused cpu;
5334         pg_data_t *self = data;
5335         unsigned long flags;
5336
5337         /*
5338          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5339          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5340          */
5341         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5342         /*
5343          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5344          * trying to hold port->lock, for
5345          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5346          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5347          */
5348         printk_deferred_enter();
5349
5350 #ifdef CONFIG_NUMA
5351         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5352 #endif
5353
5354         /*
5355          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5356          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5357          */
5358         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5359                 build_zonelists(self);
5360         } else {
5361                 /*
5362                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5363                  * in free_area_init
5364                  */
5365                 for_each_node(nid) {
5366                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5367
5368                         build_zonelists(pgdat);
5369                 }
5370
5371 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5372                 /*
5373                  * We now know the "local memory node" for each node--
5374                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5375                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5376                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5377                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5378                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5379                  */
5380                 for_each_online_cpu(cpu)
5381                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5382 #endif
5383         }
5384
5385         printk_deferred_exit();
5386         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5387 }
5388
5389 static noinline void __init
5390 build_all_zonelists_init(void)
5391 {
5392         int cpu;
5393
5394         __build_all_zonelists(NULL);
5395
5396         /*
5397          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5398          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5399          * each zone will be allocated later when the per cpu
5400          * allocator is available.
5401          *
5402          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5403          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5404          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5405          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5406          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5407          * (a chicken-egg dilemma).
5408          */
5409         for_each_possible_cpu(cpu)
5410                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5411
5412         mminit_verify_zonelist();
5413         cpuset_init_current_mems_allowed();
5414 }
5415
5416 /*
5417  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5418  *
5419  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5420  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5421  */
5422 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5423 {
5424         unsigned long vm_total_pages;
5425
5426         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5427                 build_all_zonelists_init();
5428         } else {
5429                 __build_all_zonelists(pgdat);
5430                 /* cpuset refresh routine should be here */
5431         }
5432         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5433         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5434         /*
5435          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5436          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5437          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5438          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5439          * disabled and enable it later
5440          */
5441         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5442                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5443         else
5444                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5445
5446         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5447                 nr_online_nodes,
5448                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5449                 vm_total_pages);
5450 #ifdef CONFIG_NUMA
5451         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5452 #endif
5453 }
5454
5455 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5456 {
5457 #ifdef CONFIG_MMU
5458         int batch;
5459
5460         /*
5461          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5462          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5463          * size is striking a balance between allocation latency
5464          * and zone lock contention.
5465          */
5466         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5467         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5468         if (batch < 1)
5469                 batch = 1;
5470
5471         /*
5472          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5473          * of 2 value was found to be more likely to have
5474          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5475          *
5476          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5477          * batches of pages, one task can end up with a lot
5478          * of pages of one half of the possible page colors
5479          * and the other with pages of the other colors.
5480          */
5481         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5482
5483         return batch;
5484
5485 #else
5486         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5487          * conditions.
5488          *
5489          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5490          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5491          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5492          *
5493          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5494          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5495          * can be a significant delay between the individual batches being
5496          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5497          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5498          */
5499         return 0;
5500 #endif
5501 }
5502
5503 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5504 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5505                          int high_fraction)
5506 {
5507 #ifdef CONFIG_MMU
5508         int high;
5509         int nr_split_cpus;
5510         unsigned long total_pages;
5511
5512         if (!high_fraction) {
5513                 /*
5514                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5515                  * low watermark so that if they are full then background
5516                  * reclaim will not be started prematurely.
5517                  */
5518                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5519         } else {
5520                 /*
5521                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5522                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5523                  * zone.
5524                  */
5525                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5526         }
5527
5528         /*
5529          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5530          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5531          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5532          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5533          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5534          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5535          */
5536         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5537         if (!nr_split_cpus)
5538                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5539         high = total_pages / nr_split_cpus;
5540
5541         /*
5542          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5543          * historical relationship between high and batch.
5544          */
5545         high = max(high, batch << 2);
5546
5547         return high;
5548 #else
5549         return 0;
5550 #endif
5551 }
5552
5553 /*
5554  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5555  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5556  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5557  *
5558  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5559  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5560  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5561  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5562  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5563  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5564  * disabled.
5565  *
5566  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5567  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5568  * exist).
5569  */
5570 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5571                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5572 {
5573         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5574         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5575         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5576 }
5577
5578 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5579 {
5580         int pindex;
5581
5582         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5583         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5584
5585         spin_lock_init(&pcp->lock);
5586         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5587                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5588
5589         /*
5590          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5591          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5592          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5593          * pageset yet.
5594          */
5595         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5596         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5597         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5598         pcp->free_count = 0;
5599 }
5600
5601 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5602                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5603 {
5604         struct per_cpu_pages *pcp;
5605         int cpu;
5606
5607         for_each_possible_cpu(cpu) {
5608                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5609                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5610         }
5611 }
5612
5613 /*
5614  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5615  * zone based on the zone's size.
5616  */
5617 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5618 {
5619         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5620
5621         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5622         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5623                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5624                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5625                 /*
5626                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5627                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5628                  */
5629                 new_high_max = new_high_min;
5630         } else {
5631                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5632                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5633                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5634         }
5635
5636         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5637             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5638             zone->pageset_batch == new_batch)
5639                 return;
5640
5641         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5642         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5643         zone->pageset_batch = new_batch;
5644
5645         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5646                                           new_batch);
5647 }
5648
5649 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5650 {
5651         int cpu;
5652
5653         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5654         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5655                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5656
5657         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5658         for_each_possible_cpu(cpu) {
5659                 struct per_cpu_pages *pcp;
5660                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5661
5662                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5663                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5664                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5665         }
5666
5667         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5668 }
5669
5670 /*
5671  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5672  * page high values need to be recalculated.
5673  */
5674 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5675 {
5676         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5677         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5678         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5679 }
5680
5681 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5682 {
5683         struct per_cpu_pages *pcp;
5684         struct cpu_cacheinfo *cci;
5685
5686         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5687         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5688         /*
5689          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5690          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5691          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5692          * This can reduce zone lock contention without hurting
5693          * cache-hot pages sharing.
5694          */
5695         spin_lock(&pcp->lock);
5696         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5697                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5698         else
5699                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5700         spin_unlock(&pcp->lock);
5701 }
5702
5703 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5704 {
5705         struct zone *zone;
5706
5707         for_each_populated_zone(zone)
5708                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5709 }
5710
5711 /*
5712  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5713  * Before this call only boot pagesets were available.
5714  */
5715 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5716 {
5717         struct pglist_data *pgdat;
5718         struct zone *zone;
5719         int __maybe_unused cpu;
5720
5721         for_each_populated_zone(zone)
5722                 setup_zone_pageset(zone);
5723
5724 #ifdef CONFIG_NUMA
5725         /*
5726          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5727          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5728          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5729          * the nodes these zones are associated with.
5730          */
5731         for_each_possible_cpu(cpu) {
5732                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5733                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5734                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5735         }
5736 #endif
5737
5738         for_each_online_pgdat(pgdat)
5739                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5740                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5741 }
5742
5743 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5744 {
5745         /*
5746          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5747          * relies on the ability of the linker to provide the
5748          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5749          */
5750         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5751         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5752         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5753         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5754         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5755
5756         if (populated_zone(zone))
5757                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5758                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5759 }
5760
5761 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5762 {
5763         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5764         totalram_pages_add(count);
5765 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5766         if (PageHighMem(page))
5767                 totalhigh_pages_add(count);
5768 #endif
5769 }
5770 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5771
5772 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5773 {
5774         void *pos;
5775         unsigned long pages = 0;
5776
5777         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5778         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5779         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5780                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5781                 void *direct_map_addr;
5782
5783                 /*
5784                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5785                  * because some architectures' virt_to_page()
5786                  * work with aliases.  Getting the direct map
5787                  * address ensures that we get a _writeable_
5788                  * alias for the memset().
5789                  */
5790                 direct_map_addr = page_address(page);
5791                 /*
5792                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5793                  * has not been initialized.
5794                  */
5795                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5796                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5797                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5798
5799                 free_reserved_page(page);
5800         }
5801
5802         if (pages && s)
5803                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5804
5805         return pages;
5806 }
5807
5808 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5809 {
5810         struct zone *zone;
5811
5812         lru_add_drain_cpu(cpu);
5813         mlock_drain_remote(cpu);
5814         drain_pages(cpu);
5815
5816         /*
5817          * Spill the event counters of the dead processor
5818          * into the current processors event counters.
5819          * This artificially elevates the count of the current
5820          * processor.
5821          */
5822         vm_events_fold_cpu(cpu);
5823
5824         /*
5825          * Zero the differential counters of the dead processor
5826          * so that the vm statistics are consistent.
5827          *
5828          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5829          * race with what we are doing.
5830          */
5831         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5832
5833         for_each_populated_zone(zone)
5834                 zone_pcp_update(zone, 0);
5835
5836         return 0;
5837 }
5838
5839 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5840 {
5841         struct zone *zone;
5842
5843         for_each_populated_zone(zone)
5844                 zone_pcp_update(zone, 1);
5845         return 0;
5846 }
5847
5848 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5849 {
5850         int ret;
5851
5852         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5853                                         "mm/page_alloc:pcp",
5854                                         page_alloc_cpu_online,
5855                                         page_alloc_cpu_dead);
5856         WARN_ON(ret < 0);
5857 }
5858
5859 /*
5860  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5861  *      or min_free_kbytes changes.
5862  */
5863 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5864 {
5865         struct pglist_data *pgdat;
5866         unsigned long reserve_pages = 0;
5867         enum zone_type i, j;
5868
5869         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5870
5871                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5872
5873                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5874                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5875                         long max = 0;
5876                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5877
5878                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5879                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5880                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5881                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5882                         }
5883
5884                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5885                         max += high_wmark_pages(zone);
5886
5887                         if (max > managed_pages)
5888                                 max = managed_pages;
5889
5890                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5891
5892                         reserve_pages += max;
5893                 }
5894         }
5895         totalreserve_pages = reserve_pages;
5896 }
5897
5898 /*
5899  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5900  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5901  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5902  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5903  */
5904 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5905 {
5906         struct pglist_data *pgdat;
5907         enum zone_type i, j;
5908
5909         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5910                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5911                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5912                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5913                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5914                         unsigned long managed_pages = 0;
5915
5916                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5917                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5918                                 bool empty = !zone_managed_pages(upper_zone);
5919
5920                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5921
5922                                 if (clear || empty)
5923                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5924                                 else
5925                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5926                         }
5927                 }
5928         }
5929
5930         /* update totalreserve_pages */
5931         calculate_totalreserve_pages();
5932 }
5933
5934 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5935 {
5936         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5937         unsigned long lowmem_pages = 0;
5938         struct zone *zone;
5939         unsigned long flags;
5940
5941         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5942         for_each_zone(zone) {
5943                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5944                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5945         }
5946
5947         for_each_zone(zone) {
5948                 u64 tmp;
5949
5950                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5951                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5952                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
5953                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5954                         /*
5955                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5956                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5957                          * to a small  value here.
5958                          *
5959                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5960                          * deltas control async page reclaim, and so should
5961                          * not be capped for highmem and movable zones.
5962                          */
5963                         unsigned long min_pages;
5964
5965                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5966                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5967                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5968                 } else {
5969                         /*
5970                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5971                          * proportionate to the zone's size.
5972                          */
5973                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5974                 }
5975
5976                 /*
5977                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5978                  * scale factor in proportion to available memory, but
5979                  * ensure a minimum size on small systems.
5980                  */
5981                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5982                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5983                                       watermark_scale_factor, 10000));
5984
5985                 zone->watermark_boost = 0;
5986                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5987                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5988                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5989
5990                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5991         }
5992
5993         /* update totalreserve_pages */
5994         calculate_totalreserve_pages();
5995 }
5996
5997 /**
5998  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5999  * or when memory is hot-{added|removed}
6000  *
6001  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6002  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6003  */
6004 void setup_per_zone_wmarks(void)
6005 {
6006         struct zone *zone;
6007         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6008
6009         spin_lock(&lock);
6010         __setup_per_zone_wmarks();
6011         spin_unlock(&lock);
6012
6013         /*
6014          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
6015          * and high limits or the limits may be inappropriate.
6016          */
6017         for_each_zone(zone)
6018                 zone_pcp_update(zone, 0);
6019 }
6020
6021 /*
6022  * Initialise min_free_kbytes.
6023  *
6024  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6025  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6026  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6027  *
6028  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6029  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6030  *
6031  * which yields
6032  *
6033  * 16MB:        512k
6034  * 32MB:        724k
6035  * 64MB:        1024k
6036  * 128MB:       1448k
6037  * 256MB:       2048k
6038  * 512MB:       2896k
6039  * 1024MB:      4096k
6040  * 2048MB:      5792k
6041  * 4096MB:      8192k
6042  * 8192MB:      11584k
6043  * 16384MB:     16384k
6044  */
6045 void calculate_min_free_kbytes(void)
6046 {
6047         unsigned long lowmem_kbytes;
6048         int new_min_free_kbytes;
6049
6050         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6051         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6052
6053         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6054                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6055         else
6056                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6057                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6058
6059 }
6060
6061 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6062 {
6063         calculate_min_free_kbytes();
6064         setup_per_zone_wmarks();
6065         refresh_zone_stat_thresholds();
6066         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6067
6068 #ifdef CONFIG_NUMA
6069         setup_min_unmapped_ratio();
6070         setup_min_slab_ratio();
6071 #endif
6072
6073         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6074
6075         return 0;
6076 }
6077 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6078
6079 /*
6080  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6081  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6082  *      changes.
6083  */
6084 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6085                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6086 {
6087         int rc;
6088
6089         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6090         if (rc)
6091                 return rc;
6092
6093         if (write) {
6094                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6095                 setup_per_zone_wmarks();
6096         }
6097         return 0;
6098 }
6099
6100 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6101                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6102 {
6103         int rc;
6104
6105         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6106         if (rc)
6107                 return rc;
6108
6109         if (write)
6110                 setup_per_zone_wmarks();
6111
6112         return 0;
6113 }
6114
6115 #ifdef CONFIG_NUMA
6116 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6117 {
6118         pg_data_t *pgdat;
6119         struct zone *zone;
6120
6121         for_each_online_pgdat(pgdat)
6122                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6123
6124         for_each_zone(zone)
6125                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6126                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6127 }
6128
6129
6130 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6131                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6132 {
6133         int rc;
6134
6135         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6136         if (rc)
6137                 return rc;
6138
6139         setup_min_unmapped_ratio();
6140
6141         return 0;
6142 }
6143
6144 static void setup_min_slab_ratio(void)
6145 {
6146         pg_data_t *pgdat;
6147         struct zone *zone;
6148
6149         for_each_online_pgdat(pgdat)
6150                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6151
6152         for_each_zone(zone)
6153                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6154                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6155 }
6156
6157 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6158                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6159 {
6160         int rc;
6161
6162         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6163         if (rc)
6164                 return rc;
6165
6166         setup_min_slab_ratio();
6167
6168         return 0;
6169 }
6170 #endif
6171
6172 /*
6173  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6174  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6175  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6176  *
6177  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6178  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6179  * if in function of the boot time zone sizes.
6180  */
6181 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6182                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6183 {
6184         int i;
6185
6186         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6187
6188         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6189                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6190                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6191         }
6192
6193         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6194         return 0;
6195 }
6196
6197 /*
6198  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6199  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6200  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6201  */
6202 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6203                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6204 {
6205         struct zone *zone;
6206         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6207         int ret;
6208
6209         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6210         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6211
6212         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6213         if (!write || ret < 0)
6214                 goto out;
6215
6216         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6217         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6218             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6219                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6220                 ret = -EINVAL;
6221                 goto out;
6222         }
6223
6224         /* No change? */
6225         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6226                 goto out;
6227
6228         for_each_populated_zone(zone)
6229                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6230 out:
6231         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6232         return ret;
6233 }
6234
6235 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6236         {
6237                 .procname       = "min_free_kbytes",
6238                 .data           = &min_free_kbytes,
6239                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6240                 .mode           = 0644,
6241                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6242                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6243         },
6244         {
6245                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6246                 .data           = &watermark_boost_factor,
6247                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6248                 .mode           = 0644,
6249                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6250                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6251         },
6252         {
6253                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6254                 .data           = &watermark_scale_factor,
6255                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6256                 .mode           = 0644,
6257                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6258                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6259                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6260         },
6261         {
6262                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6263                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6264                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6265                 .mode           = 0644,
6266                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6267                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6268         },
6269         {
6270                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6271                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6272                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6273                 .mode           = 0644,
6274                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6275         },
6276 #ifdef CONFIG_NUMA
6277         {
6278                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6279                 .data           = &numa_zonelist_order,
6280                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6281                 .mode           = 0644,
6282                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6283         },
6284         {
6285                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6286                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6287                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6288                 .mode           = 0644,
6289                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6290                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6291                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6292         },
6293         {
6294                 .procname       = "min_slab_ratio",
6295                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6296                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6297                 .mode           = 0644,
6298                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6299                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6300                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6301         },
6302 #endif
6303 };
6304
6305 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6306 {
6307         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6308 }
6309
6310 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6311 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6312 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6313 {
6314         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6315
6316         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6317                 struct page *page;
6318
6319                 dump_stack();
6320                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6321                         dump_page(page, "migration failure");
6322         }
6323 }
6324
6325 /*
6326  * [start, end) must belong to a single zone.
6327  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6328  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6329  */
6330 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6331                                         unsigned long start, unsigned long end,
6332                                         int migratetype)
6333 {
6334         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6335         unsigned int nr_reclaimed;
6336         unsigned long pfn = start;
6337         unsigned int tries = 0;
6338         int ret = 0;
6339         struct migration_target_control mtc = {
6340                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6341                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6342                 .reason = MR_CONTIG_RANGE,
6343         };
6344         struct page *page;
6345         unsigned long total_mapped = 0;
6346         unsigned long total_migrated = 0;
6347         unsigned long total_reclaimed = 0;
6348
6349         lru_cache_disable();
6350
6351         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6352                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6353                         ret = -EINTR;
6354                         break;
6355                 }
6356
6357                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6358                         cc->nr_migratepages = 0;
6359                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6360                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6361                                 break;
6362                         pfn = cc->migrate_pfn;
6363                         tries = 0;
6364                 } else if (++tries == 5) {
6365                         ret = -EBUSY;
6366                         break;
6367                 }
6368
6369                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6370                                                         &cc->migratepages);
6371                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6372
6373                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6374                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6375                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
6376                                 struct folio *folio = page_folio(page);
6377
6378                                 total_mapped += folio_mapped(folio) *
6379                                                 folio_nr_pages(folio);
6380                         }
6381                 }
6382
6383                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6384                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6385
6386                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6387                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6388
6389                 /*
6390                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6391                  * to retry again over this error, so do the same here.
6392                  */
6393                 if (ret == -ENOMEM)
6394                         break;
6395         }
6396
6397         lru_cache_enable();
6398         if (ret < 0) {
6399                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6400                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6401                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6402         }
6403
6404         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6405                                                  total_migrated,
6406                                                  total_reclaimed,
6407                                                  total_mapped);
6408         return (ret < 0) ? ret : 0;
6409 }
6410
6411 /**
6412  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6413  * @start:      start PFN to allocate
6414  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6415  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6416  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6417  *                      in range must have the same migratetype and it must
6418  *                      be either of the two.
6419  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6420  *
6421  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6422  * belong to a single zone.
6423  *
6424  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6425  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6426  * be modified by others.
6427  *
6428  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6429  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6430  * need to be freed with free_contig_range().
6431  */
6432 int alloc_contig_range_noprof(unsigned long start, unsigned long end,
6433                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6434 {
6435         unsigned long outer_start, outer_end;
6436         int ret = 0;
6437
6438         struct compact_control cc = {
6439                 .nr_migratepages = 0,
6440                 .order = -1,
6441                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6442                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6443                 .ignore_skip_hint = true,
6444                 .no_set_skip_hint = true,
6445                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6446                 .alloc_contig = true,
6447         };
6448         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6449
6450         /*
6451          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6452          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6453          * have different sizes, and due to the way page allocator
6454          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6455          *
6456          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6457          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6458          * we are interested in). This will put all the pages in
6459          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6460          *
6461          * When this is done, we take the pages in range from page
6462          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6463          * page allocator will never consider using them.
6464          *
6465          * This lets us mark the pageblocks back as
6466          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6467          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6468          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6469          */
6470
6471         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6472         if (ret)
6473                 goto done;
6474
6475         drain_all_pages(cc.zone);
6476
6477         /*
6478          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6479          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6480          * which will report the busy page.
6481          *
6482          * It is possible that busy pages could become available before
6483          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6484          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6485          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6486          */
6487         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6488         if (ret && ret != -EBUSY)
6489                 goto done;
6490         ret = 0;
6491
6492         /*
6493          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6494          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6495          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6496          * What we are going to do is to allocate all pages from
6497          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6498          *
6499          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6500          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6501          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6502          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6503          * once this is done free the pages we are not interested in.
6504          *
6505          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6506          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6507          */
6508         outer_start = find_large_buddy(start);
6509
6510         /* Make sure the range is really isolated. */
6511         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6512                 ret = -EBUSY;
6513                 goto done;
6514         }
6515
6516         /* Grab isolated pages from freelists. */
6517         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6518         if (!outer_end) {
6519                 ret = -EBUSY;
6520                 goto done;
6521         }
6522
6523         /* Free head and tail (if any) */
6524         if (start != outer_start)
6525                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6526         if (end != outer_end)
6527                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6528
6529 done:
6530         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6531         return ret;
6532 }
6533 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range_noprof);
6534
6535 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6536                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6537 {
6538         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6539
6540         return alloc_contig_range_noprof(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6541                                    gfp_mask);
6542 }
6543
6544 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6545                                    unsigned long nr_pages)
6546 {
6547         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6548         struct page *page;
6549
6550         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6551                 page = pfn_to_online_page(i);
6552                 if (!page)
6553                         return false;
6554
6555                 if (page_zone(page) != z)
6556                         return false;
6557
6558                 if (PageReserved(page))
6559                         return false;
6560
6561                 if (PageHuge(page))
6562                         return false;
6563         }
6564         return true;
6565 }
6566
6567 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6568                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6569 {
6570         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6571
6572         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6573 }
6574
6575 /**
6576  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6577  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6578  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6579  * @nid:        Target node
6580  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6581  *
6582  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6583  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6584  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6585  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6586  *
6587  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6588  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6589  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6590  *
6591  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6592  * __free_page() on each allocated page.
6593  *
6594  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6595  */
6596 struct page *alloc_contig_pages_noprof(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6597                                  int nid, nodemask_t *nodemask)
6598 {
6599         unsigned long ret, pfn, flags;
6600         struct zonelist *zonelist;
6601         struct zone *zone;
6602         struct zoneref *z;
6603
6604         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6605         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6606                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6607                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6608
6609                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6610                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6611                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6612                                 /*
6613                                  * We release the zone lock here because
6614                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6615                                  * at some point. If there's an allocation
6616                                  * spinning on this lock, it may win the race
6617                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6618                                  */
6619                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6620                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6621                                                         gfp_mask);
6622                                 if (!ret)
6623                                         return pfn_to_page(pfn);
6624                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6625                         }
6626                         pfn += nr_pages;
6627                 }
6628                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6629         }
6630         return NULL;
6631 }
6632 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6633
6634 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6635 {
6636         unsigned long count = 0;
6637
6638         for (; nr_pages--; pfn++) {
6639                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6640
6641                 count += page_count(page) != 1;
6642                 __free_page(page);
6643         }
6644         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6645 }
6646 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6647
6648 /*
6649  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6650  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6651  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6652  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6653  *
6654  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6655  */
6656 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6657 {
6658         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6659         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6660         __drain_all_pages(zone, true);
6661 }
6662
6663 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6664 {
6665         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6666                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6667         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6668 }
6669
6670 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6671 {
6672         int cpu;
6673         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6674
6675         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6676                 for_each_online_cpu(cpu) {
6677                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6678                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6679                 }
6680                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6681                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6682                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6683                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6684                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6685                 }
6686         }
6687 }
6688
6689 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6690 /*
6691  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6692  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6693  */
6694 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6695 {
6696         unsigned long pfn = start_pfn;
6697         struct page *page;
6698         struct zone *zone;
6699         unsigned int order;
6700         unsigned long flags;
6701
6702         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6703         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6704         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6705         while (pfn < end_pfn) {
6706                 page = pfn_to_page(pfn);
6707                 /*
6708                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6709                  * page_count() is not 0.
6710                  */
6711                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6712                         pfn++;
6713                         continue;
6714                 }
6715                 /*
6716                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6717                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6718                  */
6719                 if (PageOffline(page)) {
6720                         BUG_ON(page_count(page));
6721                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6722                         pfn++;
6723                         continue;
6724                 }
6725
6726                 BUG_ON(page_count(page));
6727                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6728                 VM_WARN_ON(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE);
6729                 order = buddy_order(page);
6730                 del_page_from_free_list(page, zone, order, MIGRATE_ISOLATE);
6731                 pfn += (1 << order);
6732         }
6733         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6734 }
6735 #endif
6736
6737 /*
6738  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6739  */
6740 bool is_free_buddy_page(const struct page *page)
6741 {
6742         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6743         unsigned int order;
6744
6745         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6746                 const struct page *head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6747
6748                 if (PageBuddy(head) &&
6749                     buddy_order_unsafe(head) >= order)
6750                         break;
6751         }
6752
6753         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6754 }
6755 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6756
6757 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6758 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
6759                                     unsigned int order, int migratetype,
6760                                     bool tail)
6761 {
6762         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, tail);
6763         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
6764 }
6765
6766 /*
6767  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6768  * buddy allocator.
6769  */
6770 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6771                                    struct page *target, int low, int high,
6772                                    int migratetype)
6773 {
6774         unsigned long size = 1 << high;
6775         struct page *current_buddy;
6776
6777         while (high > low) {
6778                 high--;
6779                 size >>= 1;
6780
6781                 if (target >= &page[size]) {
6782                         current_buddy = page;
6783                         page = page + size;
6784                 } else {
6785                         current_buddy = page + size;
6786                 }
6787
6788                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high))
6789                         continue;
6790
6791                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype, false);
6792                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6793         }
6794 }
6795
6796 /*
6797  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6798  */
6799 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6800 {
6801         struct zone *zone = page_zone(page);
6802         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6803         unsigned long flags;
6804         unsigned int order;
6805         bool ret = false;
6806
6807         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6808         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6809                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6810                 int page_order = buddy_order(page_head);
6811
6812                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6813                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6814                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6815                                                                    pfn_head);
6816
6817                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order,
6818                                                 migratetype);
6819                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6820                                                 page_order, migratetype);
6821                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6822                         ret = true;
6823                         break;
6824                 }
6825                 if (page_count(page_head) > 0)
6826                         break;
6827         }
6828         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6829         return ret;
6830 }
6831
6832 /*
6833  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6834  */
6835 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6836 {
6837         struct zone *zone = page_zone(page);
6838         unsigned long flags;
6839         bool ret = false;
6840
6841         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6842         if (put_page_testzero(page)) {
6843                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6844                 int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6845
6846                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6847                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6848                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6849                         ret = true;
6850                 }
6851         }
6852         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6853
6854         return ret;
6855 }
6856 #endif
6857
6858 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6859 bool has_managed_dma(void)
6860 {
6861         struct pglist_data *pgdat;
6862
6863         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6864                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6865
6866                 if (managed_zone(zone))
6867                         return true;
6868         }
6869         return false;
6870 }
6871 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6872
6873 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6874
6875 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6876 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6877
6878 static bool lazy_accept = true;
6879
6880 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6881 {
6882         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6883                 lazy_accept = true;
6884                 return 0;
6885         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6886                 lazy_accept = false;
6887                 return 0;
6888         } else {
6889                 return -EINVAL;
6890         }
6891 }
6892 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6893
6894 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6895 {
6896         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6897         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6898
6899         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6900 }
6901
6902 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6903 {
6904         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6905
6906         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6907 }
6908
6909 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6910 {
6911         unsigned long flags;
6912         struct page *page;
6913         bool last;
6914
6915         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6916                 return false;
6917
6918         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6919         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6920                                         struct page, lru);
6921         if (!page) {
6922                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6923                 return false;
6924         }
6925
6926         list_del(&page->lru);
6927         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6928
6929         account_freepages(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6930         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6931         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6932
6933         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6934
6935         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6936
6937         if (last)
6938                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6939
6940         return true;
6941 }
6942
6943 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6944 {
6945         long to_accept;
6946         int ret = false;
6947
6948         /* How much to accept to get to high watermark? */
6949         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6950                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6951                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6952
6953         /* Accept at least one page */
6954         do {
6955                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6956                         break;
6957                 ret = true;
6958                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6959         } while (to_accept > 0);
6960
6961         return ret;
6962 }
6963
6964 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6965 {
6966         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6967 }
6968
6969 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6970 {
6971         struct zone *zone = page_zone(page);
6972         unsigned long flags;
6973         bool first = false;
6974
6975         if (!lazy_accept)
6976                 return false;
6977
6978         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6979         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6980         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6981         account_freepages(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6982         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6983         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6984
6985         if (first)
6986                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6987
6988         return true;
6989 }
6990
6991 #else
6992
6993 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6994 {
6995         return false;
6996 }
6997
6998 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6999 {
7000 }
7001
7002 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
7003 {
7004         return false;
7005 }
7006
7007 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
7008 {
7009         return false;
7010 }
7011
7012 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
7013 {
7014         BUILD_BUG();
7015         return false;
7016 }
7017
7018 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */
This page took 0.428092 seconds and 4 git commands to generate.