]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
mm/sparsemem: fix race in accessing memory_section->usage
[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/memory_hotplug.h>
36 #include <linux/nodemask.h>
37 #include <linux/vmstat.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <trace/events/kmem.h>
41 #include <trace/events/oom.h>
42 #include <linux/prefetch.h>
43 #include <linux/mm_inline.h>
44 #include <linux/mmu_notifier.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/sched/mm.h>
47 #include <linux/page_owner.h>
48 #include <linux/page_table_check.h>
49 #include <linux/memcontrol.h>
50 #include <linux/ftrace.h>
51 #include <linux/lockdep.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/khugepaged.h>
54 #include <linux/delayacct.h>
55 #include <linux/cacheinfo.h>
56 #include <asm/div64.h>
57 #include "internal.h"
58 #include "shuffle.h"
59 #include "page_reporting.h"
60
61 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
62 typedef int __bitwise fpi_t;
63
64 /* No special request */
65 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
66
67 /*
68  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
69  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
70  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
71  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
72  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
73  * putting it back unmodified.
74  */
75 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
76
77 /*
78  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
79  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
80  * shuffle the whole zone).
81  *
82  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
83  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
84  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
85  *       reporting).
86  */
87 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
88
89 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
90 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
91 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
92
93 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
94 /*
95  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
96  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
97  */
98 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
99 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
100 #else
101
102 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
103 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
104 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
105 #endif
106
107 /*
108  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
109  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
110  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
111  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
112  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
113  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
114  */
115 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
116 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
117 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
118 #else
119 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
120 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
121 #endif
122
123 /*
124  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
125  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
126  */
127 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
128 ({                                                                      \
129         type *_ret;                                                     \
130         pcpu_task_pin();                                                \
131         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
132         spin_lock(&_ret->member);                                       \
133         _ret;                                                           \
134 })
135
136 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
137 ({                                                                      \
138         type *_ret;                                                     \
139         pcpu_task_pin();                                                \
140         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
141         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
142                 pcpu_task_unpin();                                      \
143                 _ret = NULL;                                            \
144         }                                                               \
145         _ret;                                                           \
146 })
147
148 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
149 ({                                                                      \
150         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
151         pcpu_task_unpin();                                              \
152 })
153
154 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
155 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
156         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
157
158 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
159         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
160
161 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
162         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
163
164 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
165 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
166 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
167 #endif
168
169 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
170
171 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
172 /*
173  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
174  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
175  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
176  * defined in <linux/topology.h>.
177  */
178 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
179 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
180 #endif
181
182 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
183
184 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
185 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
186 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
187 #endif
188
189 /*
190  * Array of node states.
191  */
192 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
193         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
194         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
195 #ifndef CONFIG_NUMA
196         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
197 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
198         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
199 #endif
200         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
201         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
202 #endif  /* NUMA */
203 };
204 EXPORT_SYMBOL(node_states);
205
206 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
207
208 /*
209  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
210  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
211  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
212  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
213  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
214  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
215  */
216 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
217 {
218         return page->index;
219 }
220
221 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
222 {
223         page->index = migratetype;
224 }
225
226 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
227 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
228 #endif
229
230 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
231                             fpi_t fpi_flags);
232
233 /*
234  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
235  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
236  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
237  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
238  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
239  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
240  *
241  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
242  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
243  */
244 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
245 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
246         [ZONE_DMA] = 256,
247 #endif
248 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
249         [ZONE_DMA32] = 256,
250 #endif
251         [ZONE_NORMAL] = 32,
252 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
253         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
254 #endif
255         [ZONE_MOVABLE] = 0,
256 };
257
258 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
259 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
260          "DMA",
261 #endif
262 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
263          "DMA32",
264 #endif
265          "Normal",
266 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
267          "HighMem",
268 #endif
269          "Movable",
270 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
271          "Device",
272 #endif
273 };
274
275 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
276         "Unmovable",
277         "Movable",
278         "Reclaimable",
279         "HighAtomic",
280 #ifdef CONFIG_CMA
281         "CMA",
282 #endif
283 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
284         "Isolate",
285 #endif
286 };
287
288 int min_free_kbytes = 1024;
289 int user_min_free_kbytes = -1;
290 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
291 static int watermark_scale_factor = 10;
292
293 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
294 int movable_zone;
295 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
296
297 #if MAX_NUMNODES > 1
298 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
299 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
300 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
301 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
302 #endif
303
304 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
305 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
306 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
307 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
308 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
309
310 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
311
312 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
313 /*
314  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
315  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
316  * and we can permanently disable that path.
317  */
318 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
319
320 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
321 {
322         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
323 }
324
325 /*
326  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
327  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
328  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
329  * and to ensure that the function body gets unloaded.
330  */
331 static bool __ref
332 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
333 {
334        return deferred_grow_zone(zone, order);
335 }
336 #else
337 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
338 {
339         return false;
340 }
341 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
342
343 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
344 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
345                                                         unsigned long pfn)
346 {
347 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
348         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
349 #else
350         return page_zone(page)->pageblock_flags;
351 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
352 }
353
354 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
355 {
356 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
357         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
358 #else
359         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
360 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
361         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
362 }
363
364 /**
365  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
366  * @page: The page within the block of interest
367  * @pfn: The target page frame number
368  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
369  *
370  * Return: pageblock_bits flags
371  */
372 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
373                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
374 {
375         unsigned long *bitmap;
376         unsigned long bitidx, word_bitidx;
377         unsigned long word;
378
379         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
380         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
381         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
382         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
383         /*
384          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
385          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
386          * racy, are not corrupted.
387          */
388         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
389         return (word >> bitidx) & mask;
390 }
391
392 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
393                                         unsigned long pfn)
394 {
395         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
396 }
397
398 /**
399  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
400  * @page: The page within the block of interest
401  * @flags: The flags to set
402  * @pfn: The target page frame number
403  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
404  */
405 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
406                                         unsigned long pfn,
407                                         unsigned long mask)
408 {
409         unsigned long *bitmap;
410         unsigned long bitidx, word_bitidx;
411         unsigned long word;
412
413         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
414         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
415
416         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
417         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
418         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
419         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
420
421         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
422
423         mask <<= bitidx;
424         flags <<= bitidx;
425
426         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
427         do {
428         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
429 }
430
431 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
432 {
433         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
434                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
435                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
436
437         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
438                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
439 }
440
441 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
442 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
443 {
444         int ret;
445         unsigned seq;
446         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
447         unsigned long sp, start_pfn;
448
449         do {
450                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
451                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
452                 sp = zone->spanned_pages;
453                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
454         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
455
456         if (ret)
457                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
458                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
459                         start_pfn, start_pfn + sp);
460
461         return ret;
462 }
463
464 /*
465  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
466  */
467 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
468 {
469         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
470                 return 1;
471         if (zone != page_zone(page))
472                 return 1;
473
474         return 0;
475 }
476 #else
477 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
478 {
479         return 0;
480 }
481 #endif
482
483 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
484 {
485         static unsigned long resume;
486         static unsigned long nr_shown;
487         static unsigned long nr_unshown;
488
489         /*
490          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
491          * or allow a steady drip of one report per second.
492          */
493         if (nr_shown == 60) {
494                 if (time_before(jiffies, resume)) {
495                         nr_unshown++;
496                         goto out;
497                 }
498                 if (nr_unshown) {
499                         pr_alert(
500                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
501                                 nr_unshown);
502                         nr_unshown = 0;
503                 }
504                 nr_shown = 0;
505         }
506         if (nr_shown++ == 0)
507                 resume = jiffies + 60 * HZ;
508
509         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
510                 current->comm, page_to_pfn(page));
511         dump_page(page, reason);
512
513         print_modules();
514         dump_stack();
515 out:
516         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
517         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
518         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
519 }
520
521 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
522 {
523 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
524         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
525                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
526                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
527         }
528 #else
529         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
530 #endif
531
532         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
533 }
534
535 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
536 {
537         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
538
539 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
540         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
541                 order = pageblock_order;
542 #else
543         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
544 #endif
545
546         return order;
547 }
548
549 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
550 {
551         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
552                 return true;
553 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
554         if (order == pageblock_order)
555                 return true;
556 #endif
557         return false;
558 }
559
560 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
561 {
562         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
563                 free_unref_page(page, order);
564         else
565                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
566 }
567
568 /*
569  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
570  *
571  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
572  *
573  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
574  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
575  *
576  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
577  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
578  */
579
580 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
581 {
582         int i;
583         int nr_pages = 1 << order;
584
585         __SetPageHead(page);
586         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
587                 prep_compound_tail(page, i);
588
589         prep_compound_head(page, order);
590 }
591
592 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
593 {
594         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
595                 free_huge_folio(folio);
596                 return;
597         }
598
599         if (folio_test_large_rmappable(folio))
600                 folio_undo_large_rmappable(folio);
601
602         mem_cgroup_uncharge(folio);
603         free_the_page(&folio->page, folio_order(folio));
604 }
605
606 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
607 {
608         set_page_private(page, order);
609         __SetPageBuddy(page);
610 }
611
612 #ifdef CONFIG_COMPACTION
613 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
614 {
615         struct capture_control *capc = current->capture_control;
616
617         return unlikely(capc) &&
618                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
619                 !capc->page &&
620                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
621 }
622
623 static inline bool
624 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
625                    int order, int migratetype)
626 {
627         if (!capc || order != capc->cc->order)
628                 return false;
629
630         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
631         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
632             is_migrate_isolate(migratetype))
633                 return false;
634
635         /*
636          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
637          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
638          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
639          * have trouble finding a high-order free page.
640          */
641         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
642                 return false;
643
644         capc->page = page;
645         return true;
646 }
647
648 #else
649 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
650 {
651         return NULL;
652 }
653
654 static inline bool
655 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
656                    int order, int migratetype)
657 {
658         return false;
659 }
660 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
661
662 /* Used for pages not on another list */
663 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
664                                     unsigned int order, int migratetype)
665 {
666         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
667
668         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
669         area->nr_free++;
670 }
671
672 /* Used for pages not on another list */
673 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
674                                          unsigned int order, int migratetype)
675 {
676         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
677
678         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
679         area->nr_free++;
680 }
681
682 /*
683  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
684  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
685  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
686  */
687 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
688                                      unsigned int order, int migratetype)
689 {
690         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
691
692         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
693 }
694
695 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
696                                            unsigned int order)
697 {
698         /* clear reported state and update reported page count */
699         if (page_reported(page))
700                 __ClearPageReported(page);
701
702         list_del(&page->buddy_list);
703         __ClearPageBuddy(page);
704         set_page_private(page, 0);
705         zone->free_area[order].nr_free--;
706 }
707
708 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
709                                             int migratetype)
710 {
711         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
712                                         struct page, buddy_list);
713 }
714
715 /*
716  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
717  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
718  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
719  * that is happening, add the free page to the tail of the list
720  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
721  * as a higher order page
722  */
723 static inline bool
724 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
725                    struct page *page, unsigned int order)
726 {
727         unsigned long higher_page_pfn;
728         struct page *higher_page;
729
730         if (order >= MAX_ORDER - 1)
731                 return false;
732
733         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
734         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
735
736         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
737                         NULL) != NULL;
738 }
739
740 /*
741  * Freeing function for a buddy system allocator.
742  *
743  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
744  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
745  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
746  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
747  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
748  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
749  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
750  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
751  * parts of the VM system.
752  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
753  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
754  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
755  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
756  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
757  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
758  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
759  * triggers coalescing into a block of larger size.
760  *
761  * -- nyc
762  */
763
764 static inline void __free_one_page(struct page *page,
765                 unsigned long pfn,
766                 struct zone *zone, unsigned int order,
767                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
768 {
769         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
770         unsigned long buddy_pfn = 0;
771         unsigned long combined_pfn;
772         struct page *buddy;
773         bool to_tail;
774
775         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
776         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
777
778         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
779         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
780                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
781
782         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
783         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
784
785         while (order < MAX_ORDER) {
786                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
787                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
788                                                                 migratetype);
789                         return;
790                 }
791
792                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
793                 if (!buddy)
794                         goto done_merging;
795
796                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
797                         /*
798                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
799                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
800                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
801                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
802                          */
803                         int buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
804
805                         if (migratetype != buddy_mt
806                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
807                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
808                                 goto done_merging;
809                 }
810
811                 /*
812                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
813                  * merge with it and move up one order.
814                  */
815                 if (page_is_guard(buddy))
816                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
817                 else
818                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
819                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
820                 page = page + (combined_pfn - pfn);
821                 pfn = combined_pfn;
822                 order++;
823         }
824
825 done_merging:
826         set_buddy_order(page, order);
827
828         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
829                 to_tail = true;
830         else if (is_shuffle_order(order))
831                 to_tail = shuffle_pick_tail();
832         else
833                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
834
835         if (to_tail)
836                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
837         else
838                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
839
840         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
841         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
842                 page_reporting_notify_free(order);
843 }
844
845 /**
846  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
847  * @free_page:          the original free page
848  * @order:              the order of the page
849  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
850  *
851  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
852  *
853  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
854  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
855  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
856  * nothing.
857  */
858 int split_free_page(struct page *free_page,
859                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
860 {
861         struct zone *zone = page_zone(free_page);
862         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
863         unsigned long pfn;
864         unsigned long flags;
865         int free_page_order;
866         int mt;
867         int ret = 0;
868
869         if (split_pfn_offset == 0)
870                 return ret;
871
872         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
873
874         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
875                 ret = -ENOENT;
876                 goto out;
877         }
878
879         mt = get_pfnblock_migratetype(free_page, free_page_pfn);
880         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
881                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
882
883         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
884         for (pfn = free_page_pfn;
885              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
886                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
887
888                 free_page_order = min_t(unsigned int,
889                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
890                                         __fls(split_pfn_offset));
891                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
892                                 mt, FPI_NONE);
893                 pfn += 1UL << free_page_order;
894                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
895                 /* we have done the first part, now switch to second part */
896                 if (split_pfn_offset == 0)
897                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
898         }
899 out:
900         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
901         return ret;
902 }
903 /*
904  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
905  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
906  * check if necessary.
907  */
908 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
909                                         unsigned long check_flags)
910 {
911         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
912                 return false;
913
914         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
915                         page_ref_count(page) |
916 #ifdef CONFIG_MEMCG
917                         page->memcg_data |
918 #endif
919                         (page->flags & check_flags)))
920                 return false;
921
922         return true;
923 }
924
925 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
926 {
927         const char *bad_reason = NULL;
928
929         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
930                 bad_reason = "nonzero mapcount";
931         if (unlikely(page->mapping != NULL))
932                 bad_reason = "non-NULL mapping";
933         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
934                 bad_reason = "nonzero _refcount";
935         if (unlikely(page->flags & flags)) {
936                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
937                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
938                 else
939                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
940         }
941 #ifdef CONFIG_MEMCG
942         if (unlikely(page->memcg_data))
943                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
944 #endif
945         return bad_reason;
946 }
947
948 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
949 {
950         bad_page(page,
951                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
952 }
953
954 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
955 {
956         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
957                 return false;
958
959         /* Something has gone sideways, find it */
960         free_page_is_bad_report(page);
961         return true;
962 }
963
964 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
965 {
966         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
967 }
968
969 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
970 {
971         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
972         int ret = 1;
973
974         /*
975          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
976          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
977          */
978         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
979
980         if (!is_check_pages_enabled()) {
981                 ret = 0;
982                 goto out;
983         }
984         switch (page - head_page) {
985         case 1:
986                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
987                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
988                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
989                         goto out;
990                 }
991                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
992                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
993                         goto out;
994                 }
995                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
996                         bad_page(page, "nonzero pincount");
997                         goto out;
998                 }
999                 break;
1000         case 2:
1001                 /*
1002                  * the second tail page: ->mapping is
1003                  * deferred_list.next -- ignore value.
1004                  */
1005                 break;
1006         default:
1007                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1008                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1009                         goto out;
1010                 }
1011                 break;
1012         }
1013         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1014                 bad_page(page, "PageTail not set");
1015                 goto out;
1016         }
1017         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1018                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1019                 goto out;
1020         }
1021         ret = 0;
1022 out:
1023         page->mapping = NULL;
1024         clear_compound_head(page);
1025         return ret;
1026 }
1027
1028 /*
1029  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1030  *
1031  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1032  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1033  *    using page tags instead (see below).
1034  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1035  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1036  *
1037  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1038  *
1039  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1040  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1041  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1042  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1043  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1044  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1045  *
1046  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1047  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1048  * initialization is done with interrupt disabled.
1049  *
1050  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1051  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1052  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1053  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1054  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1055  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1056  */
1057 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1058 {
1059         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1060                 return deferred_pages_enabled();
1061
1062         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1063 }
1064
1065 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1066 {
1067         int i;
1068
1069         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1070         kasan_disable_current();
1071         for (i = 0; i < numpages; i++)
1072                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1073         kasan_enable_current();
1074 }
1075
1076 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1077                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1078 {
1079         int bad = 0;
1080         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1081         bool init = want_init_on_free();
1082         bool compound = PageCompound(page);
1083
1084         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1085
1086         trace_mm_page_free(page, order);
1087         kmsan_free_page(page, order);
1088
1089         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1090                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1091
1092         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1093                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1094                 reset_page_owner(page, order);
1095                 page_table_check_free(page, order);
1096                 return false;
1097         }
1098
1099         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1100
1101         /*
1102          * Check tail pages before head page information is cleared to
1103          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1104          */
1105         if (unlikely(order)) {
1106                 int i;
1107
1108                 if (compound)
1109                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1110                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1111                         if (compound)
1112                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1113                         if (is_check_pages_enabled()) {
1114                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1115                                         bad++;
1116                                         continue;
1117                                 }
1118                         }
1119                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1120                 }
1121         }
1122         if (PageMappingFlags(page))
1123                 page->mapping = NULL;
1124         if (is_check_pages_enabled()) {
1125                 if (free_page_is_bad(page))
1126                         bad++;
1127                 if (bad)
1128                         return false;
1129         }
1130
1131         page_cpupid_reset_last(page);
1132         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1133         reset_page_owner(page, order);
1134         page_table_check_free(page, order);
1135
1136         if (!PageHighMem(page)) {
1137                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1138                                            PAGE_SIZE << order);
1139                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1140                                            PAGE_SIZE << order);
1141         }
1142
1143         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1144
1145         /*
1146          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1147          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1148          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1149          *
1150          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1151          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1152          */
1153         if (!skip_kasan_poison) {
1154                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1155
1156                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1157                 if (kasan_has_integrated_init())
1158                         init = false;
1159         }
1160         if (init)
1161                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1162
1163         /*
1164          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1165          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1166          * happen after this.
1167          */
1168         arch_free_page(page, order);
1169
1170         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1171
1172         return true;
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Frees a number of pages from the PCP lists
1177  * Assumes all pages on list are in same zone.
1178  * count is the number of pages to free.
1179  */
1180 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1181                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1182                                         int pindex)
1183 {
1184         unsigned long flags;
1185         unsigned int order;
1186         bool isolated_pageblocks;
1187         struct page *page;
1188
1189         /*
1190          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1191          * below while (list_empty(list)) loop.
1192          */
1193         count = min(pcp->count, count);
1194
1195         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1196         pindex = pindex - 1;
1197
1198         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1199         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1200
1201         while (count > 0) {
1202                 struct list_head *list;
1203                 int nr_pages;
1204
1205                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1206                 do {
1207                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1208                                 pindex = 0;
1209                         list = &pcp->lists[pindex];
1210                 } while (list_empty(list));
1211
1212                 order = pindex_to_order(pindex);
1213                 nr_pages = 1 << order;
1214                 do {
1215                         int mt;
1216
1217                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1218                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1219
1220                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1221                         list_del(&page->pcp_list);
1222                         count -= nr_pages;
1223                         pcp->count -= nr_pages;
1224
1225                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1226                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1227                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1228                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1229                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1230
1231                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1232                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1233                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1234         }
1235
1236         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1237 }
1238
1239 static void free_one_page(struct zone *zone,
1240                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1241                                 unsigned int order,
1242                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1243 {
1244         unsigned long flags;
1245
1246         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1247         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1248                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1249                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1250         }
1251         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1252         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1253 }
1254
1255 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1256                             fpi_t fpi_flags)
1257 {
1258         int migratetype;
1259         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1260         struct zone *zone = page_zone(page);
1261
1262         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1263                 return;
1264
1265         /*
1266          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1267          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1268          * This will reduce the lock holding time.
1269          */
1270         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1271
1272         free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, fpi_flags);
1273
1274         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1275 }
1276
1277 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1278 {
1279         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1280         struct page *p = page;
1281         unsigned int loop;
1282
1283         /*
1284          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1285          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1286          * refcount of all involved pages to 0.
1287          */
1288         prefetchw(p);
1289         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1290                 prefetchw(p + 1);
1291                 __ClearPageReserved(p);
1292                 set_page_count(p, 0);
1293         }
1294         __ClearPageReserved(p);
1295         set_page_count(p, 0);
1296
1297         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1298
1299         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1300                 if (order == MAX_ORDER && __free_unaccepted(page))
1301                         return;
1302
1303                 accept_page(page, order);
1304         }
1305
1306         /*
1307          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1308          * relevant for memory onlining.
1309          */
1310         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1311 }
1312
1313 /*
1314  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1315  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1316  * with the migration of free compaction scanner.
1317  *
1318  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1319  *
1320  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1321  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1322  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1323  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1324  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1325  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1326  * page in a pageblock.
1327  *
1328  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1329  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1330  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1331  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1332  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1333  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1334  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1335  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1336  */
1337 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1338                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1339 {
1340         struct page *start_page;
1341         struct page *end_page;
1342
1343         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1344         end_pfn--;
1345
1346         if (!pfn_valid(end_pfn))
1347                 return NULL;
1348
1349         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1350         if (!start_page)
1351                 return NULL;
1352
1353         if (page_zone(start_page) != zone)
1354                 return NULL;
1355
1356         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1357
1358         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1359         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1360                 return NULL;
1361
1362         return start_page;
1363 }
1364
1365 /*
1366  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1367  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1368  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1369  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1370  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1371  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1372  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1373  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1374  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1375  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1376  *
1377  * -- nyc
1378  */
1379 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1380         int low, int high, int migratetype)
1381 {
1382         unsigned long size = 1 << high;
1383
1384         while (high > low) {
1385                 high--;
1386                 size >>= 1;
1387                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1388
1389                 /*
1390                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1391                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1392                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1393                  * pages will stay not present in virtual address space
1394                  */
1395                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1396                         continue;
1397
1398                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1399                 set_buddy_order(&page[size], high);
1400         }
1401 }
1402
1403 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1404 {
1405         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1406                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1407                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1408                 return;
1409         }
1410
1411         bad_page(page,
1412                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1413 }
1414
1415 /*
1416  * This page is about to be returned from the page allocator
1417  */
1418 static int check_new_page(struct page *page)
1419 {
1420         if (likely(page_expected_state(page,
1421                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1422                 return 0;
1423
1424         check_new_page_bad(page);
1425         return 1;
1426 }
1427
1428 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1429 {
1430         if (is_check_pages_enabled()) {
1431                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1432                         struct page *p = page + i;
1433
1434                         if (check_new_page(p))
1435                                 return true;
1436                 }
1437         }
1438
1439         return false;
1440 }
1441
1442 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1443 {
1444         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1445         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1446             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1447                 return false;
1448
1449         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1450         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1451                 return true;
1452
1453         /*
1454          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1455          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1456          */
1457         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1458 }
1459
1460 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1461 {
1462         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1463         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1464                 return false;
1465
1466         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1467         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1468 }
1469
1470 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1471                                 gfp_t gfp_flags)
1472 {
1473         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1474                         !should_skip_init(gfp_flags);
1475         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1476         int i;
1477
1478         set_page_private(page, 0);
1479         set_page_refcounted(page);
1480
1481         arch_alloc_page(page, order);
1482         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1483
1484         /*
1485          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1486          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1487          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1488          */
1489         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1490
1491         /*
1492          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1493          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1494          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1495          */
1496
1497         /*
1498          * If memory tags should be zeroed
1499          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1500          */
1501         if (zero_tags) {
1502                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1503                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1504                         tag_clear_highpage(page + i);
1505
1506                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1507                 init = false;
1508         }
1509         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1510             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1511                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1512                 if (kasan_has_integrated_init())
1513                         init = false;
1514         } else {
1515                 /*
1516                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1517                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1518                  */
1519                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1520                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1521         }
1522         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1523         if (init)
1524                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1525
1526         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1527         page_table_check_alloc(page, order);
1528 }
1529
1530 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1531                                                         unsigned int alloc_flags)
1532 {
1533         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1534
1535         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1536                 prep_compound_page(page, order);
1537
1538         /*
1539          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1540          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1541          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1542          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1543          */
1544         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1545                 set_page_pfmemalloc(page);
1546         else
1547                 clear_page_pfmemalloc(page);
1548 }
1549
1550 /*
1551  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1552  * the smallest available page from the freelists
1553  */
1554 static __always_inline
1555 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1556                                                 int migratetype)
1557 {
1558         unsigned int current_order;
1559         struct free_area *area;
1560         struct page *page;
1561
1562         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1563         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1564                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1565                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1566                 if (!page)
1567                         continue;
1568                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1569                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1570                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1571                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1572                                 pcp_allowed_order(order) &&
1573                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1574                 return page;
1575         }
1576
1577         return NULL;
1578 }
1579
1580
1581 /*
1582  * This array describes the order lists are fallen back to when
1583  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1584  *
1585  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1586  */
1587 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1588         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1589         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1590         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1591 };
1592
1593 #ifdef CONFIG_CMA
1594 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1595                                         unsigned int order)
1596 {
1597         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1598 }
1599 #else
1600 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1601                                         unsigned int order) { return NULL; }
1602 #endif
1603
1604 /*
1605  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1606  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1607  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1608  */
1609 static int move_freepages(struct zone *zone,
1610                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1611                           int migratetype, int *num_movable)
1612 {
1613         struct page *page;
1614         unsigned long pfn;
1615         unsigned int order;
1616         int pages_moved = 0;
1617
1618         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1619                 page = pfn_to_page(pfn);
1620                 if (!PageBuddy(page)) {
1621                         /*
1622                          * We assume that pages that could be isolated for
1623                          * migration are movable. But we don't actually try
1624                          * isolating, as that would be expensive.
1625                          */
1626                         if (num_movable &&
1627                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1628                                 (*num_movable)++;
1629                         pfn++;
1630                         continue;
1631                 }
1632
1633                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1634                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1635                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1636
1637                 order = buddy_order(page);
1638                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1639                 pfn += 1 << order;
1640                 pages_moved += 1 << order;
1641         }
1642
1643         return pages_moved;
1644 }
1645
1646 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1647                                 int migratetype, int *num_movable)
1648 {
1649         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1650
1651         if (num_movable)
1652                 *num_movable = 0;
1653
1654         pfn = page_to_pfn(page);
1655         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1656         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1657
1658         /* Do not cross zone boundaries */
1659         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1660                 start_pfn = pfn;
1661         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1662                 return 0;
1663
1664         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1665                                                                 num_movable);
1666 }
1667
1668 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1669                                         int start_order, int migratetype)
1670 {
1671         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1672
1673         while (nr_pageblocks--) {
1674                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1675                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1676         }
1677 }
1678
1679 /*
1680  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1681  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1682  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1683  *
1684  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1685  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1686  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1687  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1688  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1689  * pageblocks.
1690  */
1691 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1692 {
1693         /*
1694          * Leaving this order check is intended, although there is
1695          * relaxed order check in next check. The reason is that
1696          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1697          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1698          * so could be changed anytime.
1699          */
1700         if (order >= pageblock_order)
1701                 return true;
1702
1703         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1704                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1705                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1706                 page_group_by_mobility_disabled)
1707                 return true;
1708
1709         return false;
1710 }
1711
1712 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1713 {
1714         unsigned long max_boost;
1715
1716         if (!watermark_boost_factor)
1717                 return false;
1718         /*
1719          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1720          * On small machines, including kdump capture kernels running
1721          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1722          * memory situation immediately.
1723          */
1724         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1725                 return false;
1726
1727         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1728                         watermark_boost_factor, 10000);
1729
1730         /*
1731          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1732          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1733          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1734          * allocations that early means that reclaim is not going
1735          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1736          * boosted watermark resulting in a hang.
1737          */
1738         if (!max_boost)
1739                 return false;
1740
1741         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1742
1743         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1744                 max_boost);
1745
1746         return true;
1747 }
1748
1749 /*
1750  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1751  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1752  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1753  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1754  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1755  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1756  */
1757 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1758                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1759 {
1760         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1761         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1762         int old_block_type;
1763
1764         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1765
1766         /*
1767          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1768          * highatomic accounting.
1769          */
1770         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1771                 goto single_page;
1772
1773         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1774         if (current_order >= pageblock_order) {
1775                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1776                 goto single_page;
1777         }
1778
1779         /*
1780          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1781          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1782          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1783          */
1784         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1785                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1786
1787         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1788         if (!whole_block)
1789                 goto single_page;
1790
1791         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1792                                                 &movable_pages);
1793         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1794         if (!free_pages)
1795                 goto single_page;
1796
1797         /*
1798          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1799          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1800          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1801          */
1802         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1803                 alike_pages = movable_pages;
1804         } else {
1805                 /*
1806                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1807                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1808                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1809                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1810                  * exact migratetype of non-movable pages.
1811                  */
1812                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1813                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1814                                                 - (free_pages + movable_pages);
1815                 else
1816                         alike_pages = 0;
1817         }
1818         /*
1819          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1820          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1821          */
1822         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1823                         page_group_by_mobility_disabled)
1824                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1825
1826         return;
1827
1828 single_page:
1829         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1830 }
1831
1832 /*
1833  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1834  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1835  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1836  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1837  */
1838 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1839                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1840 {
1841         int i;
1842         int fallback_mt;
1843
1844         if (area->nr_free == 0)
1845                 return -1;
1846
1847         *can_steal = false;
1848         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1849                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1850                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1851                         continue;
1852
1853                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1854                         *can_steal = true;
1855
1856                 if (!only_stealable)
1857                         return fallback_mt;
1858
1859                 if (*can_steal)
1860                         return fallback_mt;
1861         }
1862
1863         return -1;
1864 }
1865
1866 /*
1867  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1868  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1869  */
1870 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1871 {
1872         int mt;
1873         unsigned long max_managed, flags;
1874
1875         /*
1876          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1877          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1878          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1879          * Check is race-prone but harmless.
1880          */
1881         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1882                 return;
1883         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1884         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1885                 return;
1886
1887         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1888
1889         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1890         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1891                 goto out_unlock;
1892
1893         /* Yoink! */
1894         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1895         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1896         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1897                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1898                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1899                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1900         }
1901
1902 out_unlock:
1903         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1904 }
1905
1906 /*
1907  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1908  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1909  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1910  * to recover from than an OOM.
1911  *
1912  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1913  * pageblock is exhausted.
1914  */
1915 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1916                                                 bool force)
1917 {
1918         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1919         unsigned long flags;
1920         struct zoneref *z;
1921         struct zone *zone;
1922         struct page *page;
1923         int order;
1924         bool ret;
1925
1926         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1927                                                                 ac->nodemask) {
1928                 /*
1929                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1930                  * is really high.
1931                  */
1932                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1933                                         pageblock_nr_pages)
1934                         continue;
1935
1936                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1937                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
1938                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1939
1940                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1941                         if (!page)
1942                                 continue;
1943
1944                         /*
1945                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1946                          * we can counter several free pages in a pageblock
1947                          * in this loop although we changed the pageblock type
1948                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1949                          * adjust the count once.
1950                          */
1951                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1952                                 /*
1953                                  * It should never happen but changes to
1954                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1955                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1956                                  * while unreserving so be safe and watch for
1957                                  * underflows.
1958                                  */
1959                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1960                                                 pageblock_nr_pages,
1961                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1962                         }
1963
1964                         /*
1965                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1966                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1967                          * is doing the work and needs the pages. More
1968                          * importantly, if the block was always converted to
1969                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1970                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1971                          * may increase.
1972                          */
1973                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1974                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
1975                                                                         NULL);
1976                         if (ret) {
1977                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1978                                 return ret;
1979                         }
1980                 }
1981                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1982         }
1983
1984         return false;
1985 }
1986
1987 /*
1988  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
1989  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
1990  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
1991  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
1992  *
1993  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
1994  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
1995  * condition simpler.
1996  */
1997 static __always_inline bool
1998 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
1999                                                 unsigned int alloc_flags)
2000 {
2001         struct free_area *area;
2002         int current_order;
2003         int min_order = order;
2004         struct page *page;
2005         int fallback_mt;
2006         bool can_steal;
2007
2008         /*
2009          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2010          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2011          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2012          */
2013         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2014                 min_order = pageblock_order;
2015
2016         /*
2017          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2018          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2019          * would be too costly to do exactly.
2020          */
2021         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2022                                 --current_order) {
2023                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2024                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2025                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2026                 if (fallback_mt == -1)
2027                         continue;
2028
2029                 /*
2030                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2031                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2032                  * steal and split the smallest available page instead of the
2033                  * largest available page, because even if the next movable
2034                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2035                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2036                  */
2037                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2038                                         && current_order > order)
2039                         goto find_smallest;
2040
2041                 goto do_steal;
2042         }
2043
2044         return false;
2045
2046 find_smallest:
2047         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2048                                                         current_order++) {
2049                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2050                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2051                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2052                 if (fallback_mt != -1)
2053                         break;
2054         }
2055
2056         /*
2057          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2058          * when looking for the largest page.
2059          */
2060         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2061
2062 do_steal:
2063         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2064
2065         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2066                                                                 can_steal);
2067
2068         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2069                 start_migratetype, fallback_mt);
2070
2071         return true;
2072
2073 }
2074
2075 /*
2076  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2077  * Call me with the zone->lock already held.
2078  */
2079 static __always_inline struct page *
2080 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2081                                                 unsigned int alloc_flags)
2082 {
2083         struct page *page;
2084
2085         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2086                 /*
2087                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2088                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2089                  * is in the CMA area.
2090                  */
2091                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2092                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2093                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2094                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2095                         if (page)
2096                                 return page;
2097                 }
2098         }
2099 retry:
2100         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2101         if (unlikely(!page)) {
2102                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2103                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2104
2105                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2106                                                                 alloc_flags))
2107                         goto retry;
2108         }
2109         return page;
2110 }
2111
2112 /*
2113  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2114  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2115  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2116  */
2117 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2118                         unsigned long count, struct list_head *list,
2119                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2120 {
2121         unsigned long flags;
2122         int i;
2123
2124         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2125         for (i = 0; i < count; ++i) {
2126                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2127                                                                 alloc_flags);
2128                 if (unlikely(page == NULL))
2129                         break;
2130
2131                 /*
2132                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2133                  * physical page order. The page is added to the tail of
2134                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2135                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2136                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2137                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2138                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2139                  * pages are ordered properly.
2140                  */
2141                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2142                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2143                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2144                                               -(1 << order));
2145         }
2146
2147         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2148         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2149
2150         return i;
2151 }
2152
2153 /*
2154  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2155  * Return whether there are addition works to do.
2156  */
2157 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2158 {
2159         int high_min, to_drain, batch;
2160         int todo = 0;
2161
2162         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2163         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2164         /*
2165          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2166          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2167          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2168          */
2169         if (pcp->high > high_min) {
2170                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2171                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2172                 if (pcp->high > high_min)
2173                         todo++;
2174         }
2175
2176         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2177         if (to_drain > 0) {
2178                 spin_lock(&pcp->lock);
2179                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2180                 spin_unlock(&pcp->lock);
2181                 todo++;
2182         }
2183
2184         return todo;
2185 }
2186
2187 #ifdef CONFIG_NUMA
2188 /*
2189  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2190  * currently executing processor on remote nodes after they have
2191  * expired.
2192  */
2193 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2194 {
2195         int to_drain, batch;
2196
2197         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2198         to_drain = min(pcp->count, batch);
2199         if (to_drain > 0) {
2200                 spin_lock(&pcp->lock);
2201                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2202                 spin_unlock(&pcp->lock);
2203         }
2204 }
2205 #endif
2206
2207 /*
2208  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2209  */
2210 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2211 {
2212         struct per_cpu_pages *pcp;
2213
2214         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2215         if (pcp->count) {
2216                 spin_lock(&pcp->lock);
2217                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2218                 spin_unlock(&pcp->lock);
2219         }
2220 }
2221
2222 /*
2223  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2224  */
2225 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2226 {
2227         struct zone *zone;
2228
2229         for_each_populated_zone(zone) {
2230                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2231         }
2232 }
2233
2234 /*
2235  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2236  */
2237 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2238 {
2239         int cpu = smp_processor_id();
2240
2241         if (zone)
2242                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2243         else
2244                 drain_pages(cpu);
2245 }
2246
2247 /*
2248  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2249  * drain on all cpus.
2250  *
2251  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2252  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2253  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2254  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2255  * optimizing racy check.
2256  */
2257 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2258 {
2259         int cpu;
2260
2261         /*
2262          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2263          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2264          */
2265         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2266
2267         /*
2268          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2269          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2270          * the drain to be complete when the call returns.
2271          */
2272         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2273                 if (!zone)
2274                         return;
2275                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2276         }
2277
2278         /*
2279          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2280          * as offline notification will cause the notified
2281          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2282          * disables preemption as part of its processing
2283          */
2284         for_each_online_cpu(cpu) {
2285                 struct per_cpu_pages *pcp;
2286                 struct zone *z;
2287                 bool has_pcps = false;
2288
2289                 if (force_all_cpus) {
2290                         /*
2291                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2292                          * guarantee that no cpu is missed.
2293                          */
2294                         has_pcps = true;
2295                 } else if (zone) {
2296                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2297                         if (pcp->count)
2298                                 has_pcps = true;
2299                 } else {
2300                         for_each_populated_zone(z) {
2301                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2302                                 if (pcp->count) {
2303                                         has_pcps = true;
2304                                         break;
2305                                 }
2306                         }
2307                 }
2308
2309                 if (has_pcps)
2310                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2311                 else
2312                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2313         }
2314
2315         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2316                 if (zone)
2317                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2318                 else
2319                         drain_pages(cpu);
2320         }
2321
2322         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2323 }
2324
2325 /*
2326  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2327  *
2328  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2329  */
2330 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2331 {
2332         __drain_all_pages(zone, false);
2333 }
2334
2335 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2336                                                         unsigned int order)
2337 {
2338         int migratetype;
2339
2340         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2341                 return false;
2342
2343         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2344         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2345         return true;
2346 }
2347
2348 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2349 {
2350         int min_nr_free, max_nr_free;
2351
2352         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2353         if (unlikely(free_high))
2354                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2355
2356         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2357         if (unlikely(high < batch))
2358                 return 1;
2359
2360         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2361         min_nr_free = batch;
2362         max_nr_free = high - batch;
2363
2364         /*
2365          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2366          * freed pages to reduce zone lock contention.
2367          */
2368         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2369
2370         return batch;
2371 }
2372
2373 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2374                        int batch, bool free_high)
2375 {
2376         int high, high_min, high_max;
2377
2378         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2379         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2380         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2381
2382         if (unlikely(!high))
2383                 return 0;
2384
2385         if (unlikely(free_high)) {
2386                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2387                                 high_min);
2388                 return 0;
2389         }
2390
2391         /*
2392          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2393          * stored on pcp lists
2394          */
2395         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2396                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2397
2398                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2399                 return min(batch << 2, pcp->high);
2400         }
2401
2402         if (high_min == high_max)
2403                 return high;
2404
2405         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2406                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2407
2408                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2409                 high = max(pcp->count, high_min);
2410         } else if (pcp->count >= high) {
2411                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2412
2413                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2414                 if (pcp->high < need_high)
2415                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2416         }
2417
2418         return high;
2419 }
2420
2421 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2422                                    struct page *page, int migratetype,
2423                                    unsigned int order)
2424 {
2425         int high, batch;
2426         int pindex;
2427         bool free_high = false;
2428
2429         /*
2430          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2431          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2432          * allocations.
2433          */
2434         pcp->alloc_factor >>= 1;
2435         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2436         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2437         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2438         pcp->count += 1 << order;
2439
2440         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2441         /*
2442          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2443          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2444          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2445          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2446          */
2447         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2448                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2449                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2450                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2451                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2452                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2453         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2454                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2455         }
2456         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2457                 pcp->free_count += (1 << order);
2458         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2459         if (pcp->count >= high) {
2460                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2461                                    pcp, pindex);
2462                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2463                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2464                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2465                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2466         }
2467 }
2468
2469 /*
2470  * Free a pcp page
2471  */
2472 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2473 {
2474         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2475         struct per_cpu_pages *pcp;
2476         struct zone *zone;
2477         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2478         int migratetype, pcpmigratetype;
2479
2480         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2481                 return;
2482
2483         /*
2484          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2485          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2486          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2487          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2488          * excessively into the page allocator
2489          */
2490         migratetype = pcpmigratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2491         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2492                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2493                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2494                         return;
2495                 }
2496                 pcpmigratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2497         }
2498
2499         zone = page_zone(page);
2500         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2501         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2502         if (pcp) {
2503                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, pcpmigratetype, order);
2504                 pcp_spin_unlock(pcp);
2505         } else {
2506                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2507         }
2508         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2509 }
2510
2511 /*
2512  * Free a list of 0-order pages
2513  */
2514 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2515 {
2516         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2517         struct page *page, *next;
2518         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2519         struct zone *locked_zone = NULL;
2520         int batch_count = 0;
2521         int migratetype;
2522
2523         /* Prepare pages for freeing */
2524         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2525                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2526                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2527                         list_del(&page->lru);
2528                         continue;
2529                 }
2530
2531                 /*
2532                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2533                  * comment in free_unref_page.
2534                  */
2535                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2536                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2537                         list_del(&page->lru);
2538                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2539                         continue;
2540                 }
2541         }
2542
2543         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2544                 struct zone *zone = page_zone(page);
2545
2546                 list_del(&page->lru);
2547                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2548
2549                 /*
2550                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2551                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2552                  * pages.
2553                  */
2554                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2555                         if (pcp) {
2556                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2557                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2558                         }
2559
2560                         batch_count = 0;
2561
2562                         /*
2563                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2564                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2565                          */
2566                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2567                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2568                         if (unlikely(!pcp)) {
2569                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2570                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2571                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2572                                 locked_zone = NULL;
2573                                 continue;
2574                         }
2575                         locked_zone = zone;
2576                 }
2577
2578                 /*
2579                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2580                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2581                  */
2582                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2583                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2584
2585                 trace_mm_page_free_batched(page);
2586                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2587                 batch_count++;
2588         }
2589
2590         if (pcp) {
2591                 pcp_spin_unlock(pcp);
2592                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2593         }
2594 }
2595
2596 /*
2597  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2598  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2599  * Each sub-page must be freed individually.
2600  *
2601  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2602  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2603  */
2604 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2605 {
2606         int i;
2607
2608         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2609         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2610
2611         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2612                 set_page_refcounted(page + i);
2613         split_page_owner(page, 1 << order);
2614         split_page_memcg(page, 1 << order);
2615 }
2616 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2617
2618 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2619 {
2620         struct zone *zone = page_zone(page);
2621         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2622
2623         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2624                 unsigned long watermark;
2625                 /*
2626                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2627                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2628                  * watermark, because we already know our high-order page
2629                  * exists.
2630                  */
2631                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2632                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2633                         return 0;
2634
2635                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2636         }
2637
2638         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2639
2640         /*
2641          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2642          * pageblock
2643          */
2644         if (order >= pageblock_order - 1) {
2645                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2646                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2647                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2648                         /*
2649                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2650                          * with others)
2651                          */
2652                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2653                                 set_pageblock_migratetype(page,
2654                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2655                 }
2656         }
2657
2658         return 1UL << order;
2659 }
2660
2661 /**
2662  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2663  * @page: Page that was isolated
2664  * @order: Order of the isolated page
2665  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2666  *
2667  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2668  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2669  */
2670 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2671 {
2672         struct zone *zone = page_zone(page);
2673
2674         /* zone lock should be held when this function is called */
2675         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2676
2677         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2678         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2679                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2680 }
2681
2682 /*
2683  * Update NUMA hit/miss statistics
2684  */
2685 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2686                                    long nr_account)
2687 {
2688 #ifdef CONFIG_NUMA
2689         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2690
2691         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2692         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2693                 return;
2694
2695         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2696                 local_stat = NUMA_OTHER;
2697
2698         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2699                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2700         else {
2701                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2702                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2703         }
2704         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2705 #endif
2706 }
2707
2708 static __always_inline
2709 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2710                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2711                            int migratetype)
2712 {
2713         struct page *page;
2714         unsigned long flags;
2715
2716         do {
2717                 page = NULL;
2718                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2719                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2720                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2721                 if (!page) {
2722                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2723
2724                         /*
2725                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2726                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2727                          * failing a high-order atomic allocation in the
2728                          * future.
2729                          */
2730                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2731                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2732
2733                         if (!page) {
2734                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2735                                 return NULL;
2736                         }
2737                 }
2738                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2739                                           get_pcppage_migratetype(page));
2740                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2741         } while (check_new_pages(page, order));
2742
2743         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2744         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2745
2746         return page;
2747 }
2748
2749 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2750 {
2751         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2752         int high_max, high_min;
2753
2754         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2755         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2756         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2757         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2758
2759         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2760         if (unlikely(high < base_batch))
2761                 return 1;
2762
2763         if (order)
2764                 batch = base_batch;
2765         else
2766                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2767
2768         /*
2769          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2770          * zone.
2771          */
2772         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2773                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2774
2775         if (!order) {
2776                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2777                 /*
2778                  * Double the number of pages allocated each time there is
2779                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2780                  */
2781                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2782                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2783                         pcp->alloc_factor++;
2784                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2785         }
2786
2787         /*
2788          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2789          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2790          * for boot pagesets which should never store free pages as
2791          * the pages may belong to arbitrary zones.
2792          */
2793         if (batch > 1)
2794                 batch = max(batch >> order, 2);
2795
2796         return batch;
2797 }
2798
2799 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2800 static inline
2801 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2802                         int migratetype,
2803                         unsigned int alloc_flags,
2804                         struct per_cpu_pages *pcp,
2805                         struct list_head *list)
2806 {
2807         struct page *page;
2808
2809         do {
2810                 if (list_empty(list)) {
2811                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2812                         int alloced;
2813
2814                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2815                                         batch, list,
2816                                         migratetype, alloc_flags);
2817
2818                         pcp->count += alloced << order;
2819                         if (unlikely(list_empty(list)))
2820                                 return NULL;
2821                 }
2822
2823                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2824                 list_del(&page->pcp_list);
2825                 pcp->count -= 1 << order;
2826         } while (check_new_pages(page, order));
2827
2828         return page;
2829 }
2830
2831 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2832 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2833                         struct zone *zone, unsigned int order,
2834                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2835 {
2836         struct per_cpu_pages *pcp;
2837         struct list_head *list;
2838         struct page *page;
2839         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2840
2841         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2842         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2843         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2844         if (!pcp) {
2845                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2846                 return NULL;
2847         }
2848
2849         /*
2850          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2851          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2852          * frees.
2853          */
2854         pcp->free_count >>= 1;
2855         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2856         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2857         pcp_spin_unlock(pcp);
2858         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2859         if (page) {
2860                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2861                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2862         }
2863         return page;
2864 }
2865
2866 /*
2867  * Allocate a page from the given zone.
2868  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2869  */
2870
2871 /*
2872  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2873  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2874  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2875  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2876  */
2877 __no_sanitize_memory
2878 static inline
2879 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2880                         struct zone *zone, unsigned int order,
2881                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2882                         int migratetype)
2883 {
2884         struct page *page;
2885
2886         /*
2887          * We most definitely don't want callers attempting to
2888          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2889          */
2890         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2891
2892         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2893                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2894                                        migratetype, alloc_flags);
2895                 if (likely(page))
2896                         goto out;
2897         }
2898
2899         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2900                                                         migratetype);
2901
2902 out:
2903         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2904         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2905             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2906                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2907                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2908         }
2909
2910         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2911         return page;
2912 }
2913
2914 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2915 {
2916         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2917 }
2918 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2919
2920 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2921                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2922 {
2923         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2924
2925         /*
2926          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2927          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2928          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2929          */
2930         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2931                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2932
2933 #ifdef CONFIG_CMA
2934         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2935         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2936                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2937 #endif
2938 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2939         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2940 #endif
2941
2942         return unusable_free;
2943 }
2944
2945 /*
2946  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2947  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2948  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2949  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2950  */
2951 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2952                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2953                          long free_pages)
2954 {
2955         long min = mark;
2956         int o;
2957
2958         /* free_pages may go negative - that's OK */
2959         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2960
2961         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2962                 /*
2963                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2964                  * as OOM.
2965                  */
2966                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2967                         min -= min / 2;
2968
2969                         /*
2970                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2971                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2972                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2973                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2974                          * access to the min reserve.
2975                          */
2976                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2977                                 min -= min / 4;
2978                 }
2979
2980                 /*
2981                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2982                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2983                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2984                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2985                  */
2986                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2987                         min -= min / 2;
2988         }
2989
2990         /*
2991          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2992          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2993          * even if a suitable page happened to be free.
2994          */
2995         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
2996                 return false;
2997
2998         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2999         if (!order)
3000                 return true;
3001
3002         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3003         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
3004                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3005                 int mt;
3006
3007                 if (!area->nr_free)
3008                         continue;
3009
3010                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3011                         if (!free_area_empty(area, mt))
3012                                 return true;
3013                 }
3014
3015 #ifdef CONFIG_CMA
3016                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3017                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3018                         return true;
3019                 }
3020 #endif
3021                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3022                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3023                         return true;
3024                 }
3025         }
3026         return false;
3027 }
3028
3029 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3030                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3031 {
3032         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3033                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3034 }
3035
3036 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3037                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3038                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3039 {
3040         long free_pages;
3041
3042         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3043
3044         /*
3045          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3046          * need to be calculated.
3047          */
3048         if (!order) {
3049                 long usable_free;
3050                 long reserved;
3051
3052                 usable_free = free_pages;
3053                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3054
3055                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3056                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3057                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3058                         return true;
3059         }
3060
3061         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3062                                         free_pages))
3063                 return true;
3064
3065         /*
3066          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3067          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3068          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3069          * when below the low watermark.
3070          */
3071         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3072                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3073                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3074                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3075                                         alloc_flags, free_pages);
3076         }
3077
3078         return false;
3079 }
3080
3081 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3082                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3083 {
3084         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3085
3086         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3087                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3088
3089         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3090                                                                 free_pages);
3091 }
3092
3093 #ifdef CONFIG_NUMA
3094 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3095
3096 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3097 {
3098         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3099                                 node_reclaim_distance;
3100 }
3101 #else   /* CONFIG_NUMA */
3102 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3103 {
3104         return true;
3105 }
3106 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3107
3108 /*
3109  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3110  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3111  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3112  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3113  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3114  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3115  */
3116 static inline unsigned int
3117 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3118 {
3119         unsigned int alloc_flags;
3120
3121         /*
3122          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3123          * to save a branch.
3124          */
3125         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3126
3127 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3128         if (!zone)
3129                 return alloc_flags;
3130
3131         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3132                 return alloc_flags;
3133
3134         /*
3135          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3136          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3137          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3138          */
3139         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3140         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3141                 return alloc_flags;
3142
3143         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3144 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3145         return alloc_flags;
3146 }
3147
3148 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3149 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3150                                                   unsigned int alloc_flags)
3151 {
3152 #ifdef CONFIG_CMA
3153         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3154                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3155 #endif
3156         return alloc_flags;
3157 }
3158
3159 /*
3160  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3161  * a page.
3162  */
3163 static struct page *
3164 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3165                                                 const struct alloc_context *ac)
3166 {
3167         struct zoneref *z;
3168         struct zone *zone;
3169         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3170         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3171         bool no_fallback;
3172
3173 retry:
3174         /*
3175          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3176          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3177          */
3178         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3179         z = ac->preferred_zoneref;
3180         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3181                                         ac->nodemask) {
3182                 struct page *page;
3183                 unsigned long mark;
3184
3185                 if (cpusets_enabled() &&
3186                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3187                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3188                                 continue;
3189                 /*
3190                  * When allocating a page cache page for writing, we
3191                  * want to get it from a node that is within its dirty
3192                  * limit, such that no single node holds more than its
3193                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3194                  * The dirty limits take into account the node's
3195                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3196                  * should be able to balance it without having to
3197                  * write pages from its LRU list.
3198                  *
3199                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3200                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3201                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3202                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3203                  * nodes are together not big enough to reach the
3204                  * global limit.  The proper fix for these situations
3205                  * will require awareness of nodes in the
3206                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3207                  */
3208                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3209                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3210                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3211                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3212                         }
3213
3214                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3215                                 continue;
3216                 }
3217
3218                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3219                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3220                         int local_nid;
3221
3222                         /*
3223                          * If moving to a remote node, retry but allow
3224                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3225                          * than fragmentation avoidance.
3226                          */
3227                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3228                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3229                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3230                                 goto retry;
3231                         }
3232                 }
3233
3234                 /*
3235                  * Detect whether the number of free pages is below high
3236                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3237                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3238                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3239                  * avoid to do that in hotter free path.
3240                  */
3241                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3242                         goto check_alloc_wmark;
3243
3244                 mark = high_wmark_pages(zone);
3245                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3246                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3247                                         gfp_mask))
3248                         goto try_this_zone;
3249                 else
3250                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3251
3252 check_alloc_wmark:
3253                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3254                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3255                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3256                                        gfp_mask)) {
3257                         int ret;
3258
3259                         if (has_unaccepted_memory()) {
3260                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3261                                         goto try_this_zone;
3262                         }
3263
3264 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3265                         /*
3266                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3267                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3268                          */
3269                         if (deferred_pages_enabled()) {
3270                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3271                                         goto try_this_zone;
3272                         }
3273 #endif
3274                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3275                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3276                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3277                                 goto try_this_zone;
3278
3279                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3280                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3281                                 continue;
3282
3283                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3284                         switch (ret) {
3285                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3286                                 /* did not scan */
3287                                 continue;
3288                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3289                                 /* scanned but unreclaimable */
3290                                 continue;
3291                         default:
3292                                 /* did we reclaim enough */
3293                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3294                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3295                                         goto try_this_zone;
3296
3297                                 continue;
3298                         }
3299                 }
3300
3301 try_this_zone:
3302                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3303                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3304                 if (page) {
3305                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3306
3307                         /*
3308                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3309                          * if the pageblock should be reserved for the future
3310                          */
3311                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3312                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3313
3314                         return page;
3315                 } else {
3316                         if (has_unaccepted_memory()) {
3317                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3318                                         goto try_this_zone;
3319                         }
3320
3321 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3322                         /* Try again if zone has deferred pages */
3323                         if (deferred_pages_enabled()) {
3324                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3325                                         goto try_this_zone;
3326                         }
3327 #endif
3328                 }
3329         }
3330
3331         /*
3332          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3333          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3334          */
3335         if (no_fallback) {
3336                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3337                 goto retry;
3338         }
3339
3340         return NULL;
3341 }
3342
3343 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3344 {
3345         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3346
3347         /*
3348          * This documents exceptions given to allocations in certain
3349          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3350          * of allowed nodes.
3351          */
3352         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3353                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3354                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3355                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3356         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3357                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3358
3359         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3360 }
3361
3362 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3363 {
3364         struct va_format vaf;
3365         va_list args;
3366         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3367
3368         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3369              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3370              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3371                 return;
3372
3373         va_start(args, fmt);
3374         vaf.fmt = fmt;
3375         vaf.va = &args;
3376         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3377                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3378                         nodemask_pr_args(nodemask));
3379         va_end(args);
3380
3381         cpuset_print_current_mems_allowed();
3382         pr_cont("\n");
3383         dump_stack();
3384         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3385 }
3386
3387 static inline struct page *
3388 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3389                               unsigned int alloc_flags,
3390                               const struct alloc_context *ac)
3391 {
3392         struct page *page;
3393
3394         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3395                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3396         /*
3397          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3398          * are depleted
3399          */
3400         if (!page)
3401                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3402                                 alloc_flags, ac);
3403
3404         return page;
3405 }
3406
3407 static inline struct page *
3408 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3409         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3410 {
3411         struct oom_control oc = {
3412                 .zonelist = ac->zonelist,
3413                 .nodemask = ac->nodemask,
3414                 .memcg = NULL,
3415                 .gfp_mask = gfp_mask,
3416                 .order = order,
3417         };
3418         struct page *page;
3419
3420         *did_some_progress = 0;
3421
3422         /*
3423          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3424          * making progress for us.
3425          */
3426         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3427                 *did_some_progress = 1;
3428                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3429                 return NULL;
3430         }
3431
3432         /*
3433          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3434          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3435          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3436          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3437          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3438          */
3439         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3440                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3441                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3442         if (page)
3443                 goto out;
3444
3445         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3446         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3447                 goto out;
3448         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3449         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3450                 goto out;
3451         /*
3452          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3453          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3454          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3455          * fallback than shooting a random task.
3456          *
3457          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3458          */
3459         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3460                 goto out;
3461         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3462         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3463                 goto out;
3464         if (pm_suspended_storage())
3465                 goto out;
3466         /*
3467          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3468          * other request to make a forward progress.
3469          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3470          * do much for this context but let's try it to at least get
3471          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3472          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3473          * failures more gracefully we should just bail out here.
3474          */
3475
3476         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3477         if (out_of_memory(&oc) ||
3478             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3479                 *did_some_progress = 1;
3480
3481                 /*
3482                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3483                  * reserves
3484                  */
3485                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3486                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3487                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3488         }
3489 out:
3490         mutex_unlock(&oom_lock);
3491         return page;
3492 }
3493
3494 /*
3495  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3496  * killer is consider as the only way to move forward.
3497  */
3498 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3499
3500 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3501 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3502 static struct page *
3503 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3504                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3505                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3506 {
3507         struct page *page = NULL;
3508         unsigned long pflags;
3509         unsigned int noreclaim_flag;
3510
3511         if (!order)
3512                 return NULL;
3513
3514         psi_memstall_enter(&pflags);
3515         delayacct_compact_start();
3516         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3517
3518         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3519                                                                 prio, &page);
3520
3521         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3522         psi_memstall_leave(&pflags);
3523         delayacct_compact_end();
3524
3525         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3526                 return NULL;
3527         /*
3528          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3529          * count a compaction stall
3530          */
3531         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3532
3533         /* Prep a captured page if available */
3534         if (page)
3535                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3536
3537         /* Try get a page from the freelist if available */
3538         if (!page)
3539                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3540
3541         if (page) {
3542                 struct zone *zone = page_zone(page);
3543
3544                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3545                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3546                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3547                 return page;
3548         }
3549
3550         /*
3551          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3552          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3553          */
3554         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3555
3556         cond_resched();
3557
3558         return NULL;
3559 }
3560
3561 static inline bool
3562 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3563                      enum compact_result compact_result,
3564                      enum compact_priority *compact_priority,
3565                      int *compaction_retries)
3566 {
3567         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3568         int min_priority;
3569         bool ret = false;
3570         int retries = *compaction_retries;
3571         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3572
3573         if (!order)
3574                 return false;
3575
3576         if (fatal_signal_pending(current))
3577                 return false;
3578
3579         /*
3580          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3581          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3582          */
3583         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3584                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3585                 goto out;
3586         }
3587
3588         /*
3589          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3590          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3591          */
3592         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3593                 /*
3594                  * !costly requests are much more important than
3595                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3596                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3597                  * costly can fail and users are ready to cope with
3598                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3599                  * need much more detailed feedback from compaction to
3600                  * make a better decision.
3601                  */
3602                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3603                         max_retries /= 4;
3604
3605                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3606                         ret = true;
3607                         goto out;
3608                 }
3609         }
3610
3611         /*
3612          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3613          */
3614         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3615                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3616
3617         if (*compact_priority > min_priority) {
3618                 (*compact_priority)--;
3619                 *compaction_retries = 0;
3620                 ret = true;
3621         }
3622 out:
3623         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3624         return ret;
3625 }
3626 #else
3627 static inline struct page *
3628 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3629                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3630                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3631 {
3632         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3633         return NULL;
3634 }
3635
3636 static inline bool
3637 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3638                      enum compact_result compact_result,
3639                      enum compact_priority *compact_priority,
3640                      int *compaction_retries)
3641 {
3642         struct zone *zone;
3643         struct zoneref *z;
3644
3645         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3646                 return false;
3647
3648         /*
3649          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3650          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3651          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3652          * watermarks are OK.
3653          */
3654         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3655                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3656                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3657                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3658                         return true;
3659         }
3660         return false;
3661 }
3662 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3663
3664 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3665 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3666         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3667
3668 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3669 {
3670         /* no reclaim without waiting on it */
3671         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3672                 return false;
3673
3674         /* this guy won't enter reclaim */
3675         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3676                 return false;
3677
3678         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3679                 return false;
3680
3681         return true;
3682 }
3683
3684 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3685 {
3686         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3687 }
3688
3689 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3690 {
3691         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3692 }
3693
3694 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3695 {
3696         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3697
3698         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3699                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3700                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3701
3702 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3703                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3704                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3705 #endif
3706
3707         }
3708 }
3709 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3710
3711 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3712 {
3713         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3714
3715         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3716                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3717                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3718         }
3719 }
3720 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3721 #endif
3722
3723 /*
3724  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3725  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3726  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3727  * embedded spin_lock.
3728  */
3729 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3730
3731 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3732 {
3733         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3734                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3735
3736         return 0;
3737 }
3738
3739 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3740 {
3741         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3742                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3743
3744         return seq;
3745 }
3746
3747 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3748 static unsigned long
3749 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3750                                         const struct alloc_context *ac)
3751 {
3752         unsigned int noreclaim_flag;
3753         unsigned long progress;
3754
3755         cond_resched();
3756
3757         /* We now go into synchronous reclaim */
3758         cpuset_memory_pressure_bump();
3759         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3760         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3761
3762         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3763                                                                 ac->nodemask);
3764
3765         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3766         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3767
3768         cond_resched();
3769
3770         return progress;
3771 }
3772
3773 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3774 static inline struct page *
3775 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3776                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3777                 unsigned long *did_some_progress)
3778 {
3779         struct page *page = NULL;
3780         unsigned long pflags;
3781         bool drained = false;
3782
3783         psi_memstall_enter(&pflags);
3784         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3785         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3786                 goto out;
3787
3788 retry:
3789         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3790
3791         /*
3792          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3793          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3794          * Shrink them and try again
3795          */
3796         if (!page && !drained) {
3797                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3798                 drain_all_pages(NULL);
3799                 drained = true;
3800                 goto retry;
3801         }
3802 out:
3803         psi_memstall_leave(&pflags);
3804
3805         return page;
3806 }
3807
3808 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3809                              const struct alloc_context *ac)
3810 {
3811         struct zoneref *z;
3812         struct zone *zone;
3813         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3814         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3815
3816         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3817                                         ac->nodemask) {
3818                 if (!managed_zone(zone))
3819                         continue;
3820                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3821                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3822                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3823                 }
3824         }
3825 }
3826
3827 static inline unsigned int
3828 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3829 {
3830         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3831
3832         /*
3833          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3834          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3835          * to save two branches.
3836          */
3837         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3838         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3839
3840         /*
3841          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3842          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3843          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3844          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3845          */
3846         alloc_flags |= (__force int)
3847                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3848
3849         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3850                 /*
3851                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3852                  * if it can't schedule.
3853                  */
3854                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3855                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3856
3857                         if (order > 0)
3858                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3859                 }
3860
3861                 /*
3862                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3863                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3864                  * cpuset_node_allowed().
3865                  */
3866                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3867                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3868         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3869                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3870
3871         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3872
3873         return alloc_flags;
3874 }
3875
3876 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3877 {
3878         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3879                 return false;
3880
3881         /*
3882          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3883          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3884          */
3885         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3886                 return false;
3887
3888         return true;
3889 }
3890
3891 /*
3892  * Distinguish requests which really need access to full memory
3893  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3894  */
3895 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3896 {
3897         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3898                 return 0;
3899         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3900                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3901         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3902                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3903         if (!in_interrupt()) {
3904                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3905                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3906                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3907                         return ALLOC_OOM;
3908         }
3909
3910         return 0;
3911 }
3912
3913 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3914 {
3915         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3916 }
3917
3918 /*
3919  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3920  * for the given allocation request.
3921  *
3922  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3923  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3924  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3925  *
3926  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3927  */
3928 static inline bool
3929 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3930                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3931                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3932 {
3933         struct zone *zone;
3934         struct zoneref *z;
3935         bool ret = false;
3936
3937         /*
3938          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3939          * their order will become available due to high fragmentation so
3940          * always increment the no progress counter for them
3941          */
3942         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3943                 *no_progress_loops = 0;
3944         else
3945                 (*no_progress_loops)++;
3946
3947         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
3948                 goto out;
3949
3950
3951         /*
3952          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3953          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3954          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3955          * screwed and have to go OOM.
3956          */
3957         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3958                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3959                 unsigned long available;
3960                 unsigned long reclaimable;
3961                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3962                 bool wmark;
3963
3964                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3965                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3966
3967                 /*
3968                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3969                  * reclaimable pages?
3970                  */
3971                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3972                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3973                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3974                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3975                 if (wmark) {
3976                         ret = true;
3977                         break;
3978                 }
3979         }
3980
3981         /*
3982          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
3983          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
3984          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
3985          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
3986          * here rather than calling cond_resched().
3987          */
3988         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3989                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3990         else
3991                 cond_resched();
3992 out:
3993         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3994         if (!ret)
3995                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3996
3997         return ret;
3998 }
3999
4000 static inline bool
4001 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4002 {
4003         /*
4004          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4005          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4006          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4007          * such a way the check therein was true, and then it became false
4008          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4009          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4010          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4011          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4012          * caller can deal with a violated nodemask.
4013          */
4014         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4015                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4016                 ac->nodemask = NULL;
4017                 return true;
4018         }
4019
4020         /*
4021          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4022          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4023          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4024          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4025          * retry.
4026          */
4027         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4028                 return true;
4029
4030         return false;
4031 }
4032
4033 static inline struct page *
4034 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4035                                                 struct alloc_context *ac)
4036 {
4037         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4038         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4039         struct page *page = NULL;
4040         unsigned int alloc_flags;
4041         unsigned long did_some_progress;
4042         enum compact_priority compact_priority;
4043         enum compact_result compact_result;
4044         int compaction_retries;
4045         int no_progress_loops;
4046         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4047         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4048         int reserve_flags;
4049
4050 restart:
4051         compaction_retries = 0;
4052         no_progress_loops = 0;
4053         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4054         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4055         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4056
4057         /*
4058          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4059          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4060          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4061          */
4062         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4063
4064         /*
4065          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4066          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4067          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4068          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4069          */
4070         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4071                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4072         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4073                 goto nopage;
4074
4075         /*
4076          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4077          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4078          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4079          */
4080         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4081                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4082                                         ac->highest_zoneidx,
4083                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4084                 if (!z->zone)
4085                         goto nopage;
4086         }
4087
4088         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4089                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4090
4091         /*
4092          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4093          * that first
4094          */
4095         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4096         if (page)
4097                 goto got_pg;
4098
4099         /*
4100          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4101          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4102          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4103          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4104          * same migratetype.
4105          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4106          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4107          */
4108         if (can_direct_reclaim &&
4109                         (costly_order ||
4110                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4111                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4112                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4113                                                 alloc_flags, ac,
4114                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4115                                                 &compact_result);
4116                 if (page)
4117                         goto got_pg;
4118
4119                 /*
4120                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4121                  * includes some THP page fault allocations
4122                  */
4123                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4124                         /*
4125                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4126                          * failed because all zones are below low watermarks
4127                          * or is prohibited because it recently failed at this
4128                          * order, fail immediately unless the allocator has
4129                          * requested compaction and reclaim retry.
4130                          *
4131                          * Reclaim is
4132                          *  - potentially very expensive because zones are far
4133                          *    below their low watermarks or this is part of very
4134                          *    bursty high order allocations,
4135                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4136                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4137                          *    linear scan, and
4138                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4139                          *    own.
4140                          */
4141                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4142                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4143                                 goto nopage;
4144
4145                         /*
4146                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4147                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4148                          * using async compaction.
4149                          */
4150                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4151                 }
4152         }
4153
4154 retry:
4155         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4156         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4157                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4158
4159         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4160         if (reserve_flags)
4161                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4162                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4163
4164         /*
4165          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4166          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4167          * user oriented.
4168          */
4169         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4170                 ac->nodemask = NULL;
4171                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4172                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4173         }
4174
4175         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4176         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4177         if (page)
4178                 goto got_pg;
4179
4180         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4181         if (!can_direct_reclaim)
4182                 goto nopage;
4183
4184         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4185         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4186                 goto nopage;
4187
4188         /* Try direct reclaim and then allocating */
4189         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4190                                                         &did_some_progress);
4191         if (page)
4192                 goto got_pg;
4193
4194         /* Try direct compaction and then allocating */
4195         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4196                                         compact_priority, &compact_result);
4197         if (page)
4198                 goto got_pg;
4199
4200         /* Do not loop if specifically requested */
4201         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4202                 goto nopage;
4203
4204         /*
4205          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4206          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4207          */
4208         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4209                 goto nopage;
4210
4211         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4212                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4213                 goto retry;
4214
4215         /*
4216          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4217          * reclaim is not able to make any progress because the current
4218          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4219          * of free memory (see __compaction_suitable)
4220          */
4221         if (did_some_progress > 0 &&
4222                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4223                                 compact_result, &compact_priority,
4224                                 &compaction_retries))
4225                 goto retry;
4226
4227
4228         /*
4229          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4230          * a unnecessary OOM kill.
4231          */
4232         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4233             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4234                 goto restart;
4235
4236         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4237         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4238         if (page)
4239                 goto got_pg;
4240
4241         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4242         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4243             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4244              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4245                 goto nopage;
4246
4247         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4248         if (did_some_progress) {
4249                 no_progress_loops = 0;
4250                 goto retry;
4251         }
4252
4253 nopage:
4254         /*
4255          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4256          * a unnecessary OOM kill.
4257          */
4258         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4259             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4260                 goto restart;
4261
4262         /*
4263          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4264          * we always retry
4265          */
4266         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4267                 /*
4268                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4269                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4270                  */
4271                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4272                         goto fail;
4273
4274                 /*
4275                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4276                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4277                  * for somebody to do a work for us
4278                  */
4279                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4280
4281                 /*
4282                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4283                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4284                  * so that we can identify them and convert them to something
4285                  * else.
4286                  */
4287                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4288
4289                 /*
4290                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4291                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4292                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4293                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4294                  * the situation worse.
4295                  */
4296                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4297                 if (page)
4298                         goto got_pg;
4299
4300                 cond_resched();
4301                 goto retry;
4302         }
4303 fail:
4304         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4305                         "page allocation failure: order:%u", order);
4306 got_pg:
4307         return page;
4308 }
4309
4310 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4311                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4312                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4313                 unsigned int *alloc_flags)
4314 {
4315         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4316         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4317         ac->nodemask = nodemask;
4318         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4319
4320         if (cpusets_enabled()) {
4321                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4322                 /*
4323                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4324                  * to the current task context. It means that any node ok.
4325                  */
4326                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4327                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4328                 else
4329                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4330         }
4331
4332         might_alloc(gfp_mask);
4333
4334         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4335                 return false;
4336
4337         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4338
4339         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4340         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4341
4342         /*
4343          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4344          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4345          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4346          */
4347         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4348                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4349
4350         return true;
4351 }
4352
4353 /*
4354  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4355  * @gfp: GFP flags for the allocation
4356  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4357  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4358  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4359  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4360  * @page_array: Optional array to store the pages
4361  *
4362  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4363  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4364  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4365  *
4366  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4367  *
4368  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4369  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4370  *
4371  * Returns the number of pages on the list or array.
4372  */
4373 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4374                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4375                         struct list_head *page_list,
4376                         struct page **page_array)
4377 {
4378         struct page *page;
4379         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4380         struct zone *zone;
4381         struct zoneref *z;
4382         struct per_cpu_pages *pcp;
4383         struct list_head *pcp_list;
4384         struct alloc_context ac;
4385         gfp_t alloc_gfp;
4386         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4387         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4388
4389         /*
4390          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4391          * to be allocated before disabling IRQs.
4392          */
4393         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4394                 nr_populated++;
4395
4396         /* No pages requested? */
4397         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4398                 goto out;
4399
4400         /* Already populated array? */
4401         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4402                 goto out;
4403
4404         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4405         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4406                 goto failed;
4407
4408         /* Use the single page allocator for one page. */
4409         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4410                 goto failed;
4411
4412 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4413         /*
4414          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4415          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4416          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4417          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4418          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4419          */
4420         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4421                 goto failed;
4422 #endif
4423
4424         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4425         gfp &= gfp_allowed_mask;
4426         alloc_gfp = gfp;
4427         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4428                 goto out;
4429         gfp = alloc_gfp;
4430
4431         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4432         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4433                 unsigned long mark;
4434
4435                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4436                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4437                         continue;
4438                 }
4439
4440                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4441                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4442                         goto failed;
4443                 }
4444
4445                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4446                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4447                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4448                                 alloc_flags, gfp)) {
4449                         break;
4450                 }
4451         }
4452
4453         /*
4454          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4455          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4456          */
4457         if (unlikely(!zone))
4458                 goto failed;
4459
4460         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4461         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4462         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4463         if (!pcp)
4464                 goto failed_irq;
4465
4466         /* Attempt the batch allocation */
4467         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4468         while (nr_populated < nr_pages) {
4469
4470                 /* Skip existing pages */
4471                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4472                         nr_populated++;
4473                         continue;
4474                 }
4475
4476                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4477                                                                 pcp, pcp_list);
4478                 if (unlikely(!page)) {
4479                         /* Try and allocate at least one page */
4480                         if (!nr_account) {
4481                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4482                                 goto failed_irq;
4483                         }
4484                         break;
4485                 }
4486                 nr_account++;
4487
4488                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4489                 if (page_list)
4490                         list_add(&page->lru, page_list);
4491                 else
4492                         page_array[nr_populated] = page;
4493                 nr_populated++;
4494         }
4495
4496         pcp_spin_unlock(pcp);
4497         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4498
4499         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4500         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4501
4502 out:
4503         return nr_populated;
4504
4505 failed_irq:
4506         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4507
4508 failed:
4509         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4510         if (page) {
4511                 if (page_list)
4512                         list_add(&page->lru, page_list);
4513                 else
4514                         page_array[nr_populated] = page;
4515                 nr_populated++;
4516         }
4517
4518         goto out;
4519 }
4520 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4521
4522 /*
4523  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4524  */
4525 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4526                                                         nodemask_t *nodemask)
4527 {
4528         struct page *page;
4529         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4530         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4531         struct alloc_context ac = { };
4532
4533         /*
4534          * There are several places where we assume that the order value is sane
4535          * so bail out early if the request is out of bound.
4536          */
4537         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4538                 return NULL;
4539
4540         gfp &= gfp_allowed_mask;
4541         /*
4542          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4543          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4544          * from a particular context which has been marked by
4545          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4546          * movable zones are not used during allocation.
4547          */
4548         gfp = current_gfp_context(gfp);
4549         alloc_gfp = gfp;
4550         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4551                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4552                 return NULL;
4553
4554         /*
4555          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4556          * memory until all local zones are considered.
4557          */
4558         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4559
4560         /* First allocation attempt */
4561         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4562         if (likely(page))
4563                 goto out;
4564
4565         alloc_gfp = gfp;
4566         ac.spread_dirty_pages = false;
4567
4568         /*
4569          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4570          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4571          */
4572         ac.nodemask = nodemask;
4573
4574         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4575
4576 out:
4577         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4578             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4579                 __free_pages(page, order);
4580                 page = NULL;
4581         }
4582
4583         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4584         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4585
4586         return page;
4587 }
4588 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4589
4590 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4591                 nodemask_t *nodemask)
4592 {
4593         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4594                                         preferred_nid, nodemask);
4595         return page_rmappable_folio(page);
4596 }
4597 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4598
4599 /*
4600  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4601  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4602  * you need to access high mem.
4603  */
4604 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4605 {
4606         struct page *page;
4607
4608         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4609         if (!page)
4610                 return 0;
4611         return (unsigned long) page_address(page);
4612 }
4613 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4614
4615 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4616 {
4617         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4618 }
4619 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4620
4621 /**
4622  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4623  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4624  * @order: The order of the allocation.
4625  *
4626  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4627  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4628  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4629  * than was allocated will probably emit a warning.
4630  *
4631  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4632  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4633  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4634  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4635  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4636  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4637  *
4638  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4639  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4640  */
4641 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4642 {
4643         /* get PageHead before we drop reference */
4644         int head = PageHead(page);
4645
4646         if (put_page_testzero(page))
4647                 free_the_page(page, order);
4648         else if (!head)
4649                 while (order-- > 0)
4650                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4651 }
4652 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4653
4654 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4655 {
4656         if (addr != 0) {
4657                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4658                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4659         }
4660 }
4661
4662 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4663
4664 /*
4665  * Page Fragment:
4666  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4667  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4668  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4669  *
4670  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4671  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4672  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4673  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4674  */
4675 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4676                                              gfp_t gfp_mask)
4677 {
4678         struct page *page = NULL;
4679         gfp_t gfp = gfp_mask;
4680
4681 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4682         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4683                     __GFP_NOMEMALLOC;
4684         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4685                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4686         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4687 #endif
4688         if (unlikely(!page))
4689                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4690
4691         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4692
4693         return page;
4694 }
4695
4696 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4697 {
4698         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4699
4700         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4701                 free_the_page(page, compound_order(page));
4702 }
4703 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4704
4705 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4706                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4707                       unsigned int align_mask)
4708 {
4709         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4710         struct page *page;
4711         int offset;
4712
4713         if (unlikely(!nc->va)) {
4714 refill:
4715                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4716                 if (!page)
4717                         return NULL;
4718
4719 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4720                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4721                 size = nc->size;
4722 #endif
4723                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4724                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4725                  */
4726                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4727
4728                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4729                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4730                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4731                 nc->offset = size;
4732         }
4733
4734         offset = nc->offset - fragsz;
4735         if (unlikely(offset < 0)) {
4736                 page = virt_to_page(nc->va);
4737
4738                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4739                         goto refill;
4740
4741                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4742                         free_the_page(page, compound_order(page));
4743                         goto refill;
4744                 }
4745
4746 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4747                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4748                 size = nc->size;
4749 #endif
4750                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4751                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4752
4753                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4754                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4755                 offset = size - fragsz;
4756                 if (unlikely(offset < 0)) {
4757                         /*
4758                          * The caller is trying to allocate a fragment
4759                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4760                          * enough to satisfy the request, this may
4761                          * happen in low memory conditions.
4762                          * We don't release the cache page because
4763                          * it could make memory pressure worse
4764                          * so we simply return NULL here.
4765                          */
4766                         return NULL;
4767                 }
4768         }
4769
4770         nc->pagecnt_bias--;
4771         offset &= align_mask;
4772         nc->offset = offset;
4773
4774         return nc->va + offset;
4775 }
4776 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4777
4778 /*
4779  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4780  */
4781 void page_frag_free(void *addr)
4782 {
4783         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4784
4785         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4786                 free_the_page(page, compound_order(page));
4787 }
4788 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4789
4790 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4791                 size_t size)
4792 {
4793         if (addr) {
4794                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4795                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4796                 struct page *last = page + nr;
4797
4798                 split_page_owner(page, 1 << order);
4799                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4800                 while (page < --last)
4801                         set_page_refcounted(last);
4802
4803                 last = page + (1UL << order);
4804                 for (page += nr; page < last; page++)
4805                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4806         }
4807         return (void *)addr;
4808 }
4809
4810 /**
4811  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4812  * @size: the number of bytes to allocate
4813  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4814  *
4815  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4816  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4817  * allocate memory in power-of-two pages.
4818  *
4819  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4820  *
4821  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4822  *
4823  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4824  */
4825 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4826 {
4827         unsigned int order = get_order(size);
4828         unsigned long addr;
4829
4830         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4831                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4832
4833         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4834         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4835 }
4836 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4837
4838 /**
4839  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4840  *                         pages on a node.
4841  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4842  * @size: the number of bytes to allocate
4843  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4844  *
4845  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4846  * back.
4847  *
4848  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4849  */
4850 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4851 {
4852         unsigned int order = get_order(size);
4853         struct page *p;
4854
4855         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4856                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4857
4858         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4859         if (!p)
4860                 return NULL;
4861         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4862 }
4863
4864 /**
4865  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4866  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4867  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4868  *
4869  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4870  */
4871 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4872 {
4873         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4874         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4875
4876         while (addr < end) {
4877                 free_page(addr);
4878                 addr += PAGE_SIZE;
4879         }
4880 }
4881 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4882
4883 /**
4884  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4885  * @offset: The zone index of the highest zone
4886  *
4887  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4888  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4889  * zone, the number of pages is calculated as:
4890  *
4891  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4892  *
4893  * Return: number of pages beyond high watermark.
4894  */
4895 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4896 {
4897         struct zoneref *z;
4898         struct zone *zone;
4899
4900         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4901         unsigned long sum = 0;
4902
4903         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4904
4905         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4906                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4907                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4908                 if (size > high)
4909                         sum += size - high;
4910         }
4911
4912         return sum;
4913 }
4914
4915 /**
4916  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4917  *
4918  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4919  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4920  *
4921  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4922  * ZONE_NORMAL.
4923  */
4924 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4925 {
4926         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4927 }
4928 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4929
4930 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4931 {
4932         zoneref->zone = zone;
4933         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4934 }
4935
4936 /*
4937  * Builds allocation fallback zone lists.
4938  *
4939  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4940  */
4941 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4942 {
4943         struct zone *zone;
4944         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4945         int nr_zones = 0;
4946
4947         do {
4948                 zone_type--;
4949                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4950                 if (populated_zone(zone)) {
4951                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4952                         check_highest_zone(zone_type);
4953                 }
4954         } while (zone_type);
4955
4956         return nr_zones;
4957 }
4958
4959 #ifdef CONFIG_NUMA
4960
4961 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4962 {
4963         /*
4964          * We used to support different zonelists modes but they turned
4965          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4966          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4967          * not fail it silently
4968          */
4969         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4970                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4971                 return -EINVAL;
4972         }
4973         return 0;
4974 }
4975
4976 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4977 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4978 /*
4979  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4980  */
4981 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4982                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4983 {
4984         if (write)
4985                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
4986         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4987 }
4988
4989 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4990
4991 /**
4992  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4993  * @node: node whose fallback list we're appending
4994  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4995  *
4996  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4997  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4998  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4999  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5000  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5001  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5002  * on them otherwise.
5003  *
5004  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5005  */
5006 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5007 {
5008         int n, val;
5009         int min_val = INT_MAX;
5010         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5011
5012         /*
5013          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5014          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5015          */
5016         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5017                 node_set(node, *used_node_mask);
5018                 return node;
5019         }
5020
5021         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5022
5023                 /* Don't want a node to appear more than once */
5024                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5025                         continue;
5026
5027                 /* Use the distance array to find the distance */
5028                 val = node_distance(node, n);
5029
5030                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5031                 val += (n < node);
5032
5033                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5034                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5035                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5036
5037                 /* Slight preference for less loaded node */
5038                 val *= MAX_NUMNODES;
5039                 val += node_load[n];
5040
5041                 if (val < min_val) {
5042                         min_val = val;
5043                         best_node = n;
5044                 }
5045         }
5046
5047         if (best_node >= 0)
5048                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5049
5050         return best_node;
5051 }
5052
5053
5054 /*
5055  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5056  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5057  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5058  */
5059 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5060                 unsigned nr_nodes)
5061 {
5062         struct zoneref *zonerefs;
5063         int i;
5064
5065         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5066
5067         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5068                 int nr_zones;
5069
5070                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5071
5072                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5073                 zonerefs += nr_zones;
5074         }
5075         zonerefs->zone = NULL;
5076         zonerefs->zone_idx = 0;
5077 }
5078
5079 /*
5080  * Build gfp_thisnode zonelists
5081  */
5082 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5083 {
5084         struct zoneref *zonerefs;
5085         int nr_zones;
5086
5087         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5088         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5089         zonerefs += nr_zones;
5090         zonerefs->zone = NULL;
5091         zonerefs->zone_idx = 0;
5092 }
5093
5094 /*
5095  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5096  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5097  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5098  * may still exist in local DMA zone.
5099  */
5100
5101 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5102 {
5103         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5104         int node, nr_nodes = 0;
5105         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5106         int local_node, prev_node;
5107
5108         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5109         local_node = pgdat->node_id;
5110         prev_node = local_node;
5111
5112         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5113         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5114                 /*
5115                  * We don't want to pressure a particular node.
5116                  * So adding penalty to the first node in same
5117                  * distance group to make it round-robin.
5118                  */
5119                 if (node_distance(local_node, node) !=
5120                     node_distance(local_node, prev_node))
5121                         node_load[node] += 1;
5122
5123                 node_order[nr_nodes++] = node;
5124                 prev_node = node;
5125         }
5126
5127         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5128         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5129         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5130         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5131                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5132         pr_cont("\n");
5133 }
5134
5135 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5136 /*
5137  * Return node id of node used for "local" allocations.
5138  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5139  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5140  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5141  */
5142 int local_memory_node(int node)
5143 {
5144         struct zoneref *z;
5145
5146         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5147                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5148                                    NULL);
5149         return zone_to_nid(z->zone);
5150 }
5151 #endif
5152
5153 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5154 static void setup_min_slab_ratio(void);
5155 #else   /* CONFIG_NUMA */
5156
5157 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5158 {
5159         int node, local_node;
5160         struct zoneref *zonerefs;
5161         int nr_zones;
5162
5163         local_node = pgdat->node_id;
5164
5165         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5166         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5167         zonerefs += nr_zones;
5168
5169         /*
5170          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5171          * of all the other nodes.
5172          * We don't want to pressure a particular node, so when
5173          * building the zones for node N, we make sure that the
5174          * zones coming right after the local ones are those from
5175          * node N+1 (modulo N)
5176          */
5177         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5178                 if (!node_online(node))
5179                         continue;
5180                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5181                 zonerefs += nr_zones;
5182         }
5183         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5184                 if (!node_online(node))
5185                         continue;
5186                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5187                 zonerefs += nr_zones;
5188         }
5189
5190         zonerefs->zone = NULL;
5191         zonerefs->zone_idx = 0;
5192 }
5193
5194 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5195
5196 /*
5197  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5198  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5199  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5200  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5201  * with interrupts disabled.
5202  *
5203  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5204  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5205  * hotplugged processors.
5206  *
5207  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5208  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5209  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5210  */
5211 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5212 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5213 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5214 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5215 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5216 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5217
5218 static void __build_all_zonelists(void *data)
5219 {
5220         int nid;
5221         int __maybe_unused cpu;
5222         pg_data_t *self = data;
5223         unsigned long flags;
5224
5225         /*
5226          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5227          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5228          */
5229         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5230         /*
5231          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5232          * trying to hold port->lock, for
5233          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5234          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5235          */
5236         printk_deferred_enter();
5237
5238 #ifdef CONFIG_NUMA
5239         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5240 #endif
5241
5242         /*
5243          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5244          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5245          */
5246         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5247                 build_zonelists(self);
5248         } else {
5249                 /*
5250                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5251                  * in free_area_init
5252                  */
5253                 for_each_node(nid) {
5254                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5255
5256                         build_zonelists(pgdat);
5257                 }
5258
5259 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5260                 /*
5261                  * We now know the "local memory node" for each node--
5262                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5263                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5264                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5265                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5266                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5267                  */
5268                 for_each_online_cpu(cpu)
5269                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5270 #endif
5271         }
5272
5273         printk_deferred_exit();
5274         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5275 }
5276
5277 static noinline void __init
5278 build_all_zonelists_init(void)
5279 {
5280         int cpu;
5281
5282         __build_all_zonelists(NULL);
5283
5284         /*
5285          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5286          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5287          * each zone will be allocated later when the per cpu
5288          * allocator is available.
5289          *
5290          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5291          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5292          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5293          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5294          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5295          * (a chicken-egg dilemma).
5296          */
5297         for_each_possible_cpu(cpu)
5298                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5299
5300         mminit_verify_zonelist();
5301         cpuset_init_current_mems_allowed();
5302 }
5303
5304 /*
5305  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5306  *
5307  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5308  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5309  */
5310 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5311 {
5312         unsigned long vm_total_pages;
5313
5314         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5315                 build_all_zonelists_init();
5316         } else {
5317                 __build_all_zonelists(pgdat);
5318                 /* cpuset refresh routine should be here */
5319         }
5320         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5321         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5322         /*
5323          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5324          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5325          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5326          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5327          * disabled and enable it later
5328          */
5329         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5330                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5331         else
5332                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5333
5334         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5335                 nr_online_nodes,
5336                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5337                 vm_total_pages);
5338 #ifdef CONFIG_NUMA
5339         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5340 #endif
5341 }
5342
5343 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5344 {
5345 #ifdef CONFIG_MMU
5346         int batch;
5347
5348         /*
5349          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5350          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5351          * size is striking a balance between allocation latency
5352          * and zone lock contention.
5353          */
5354         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5355         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5356         if (batch < 1)
5357                 batch = 1;
5358
5359         /*
5360          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5361          * of 2 value was found to be more likely to have
5362          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5363          *
5364          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5365          * batches of pages, one task can end up with a lot
5366          * of pages of one half of the possible page colors
5367          * and the other with pages of the other colors.
5368          */
5369         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5370
5371         return batch;
5372
5373 #else
5374         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5375          * conditions.
5376          *
5377          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5378          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5379          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5380          *
5381          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5382          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5383          * can be a significant delay between the individual batches being
5384          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5385          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5386          */
5387         return 0;
5388 #endif
5389 }
5390
5391 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5392 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5393                          int high_fraction)
5394 {
5395 #ifdef CONFIG_MMU
5396         int high;
5397         int nr_split_cpus;
5398         unsigned long total_pages;
5399
5400         if (!high_fraction) {
5401                 /*
5402                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5403                  * low watermark so that if they are full then background
5404                  * reclaim will not be started prematurely.
5405                  */
5406                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5407         } else {
5408                 /*
5409                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5410                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5411                  * zone.
5412                  */
5413                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5414         }
5415
5416         /*
5417          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5418          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5419          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5420          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5421          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5422          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5423          */
5424         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5425         if (!nr_split_cpus)
5426                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5427         high = total_pages / nr_split_cpus;
5428
5429         /*
5430          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5431          * historical relationship between high and batch.
5432          */
5433         high = max(high, batch << 2);
5434
5435         return high;
5436 #else
5437         return 0;
5438 #endif
5439 }
5440
5441 /*
5442  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5443  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5444  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5445  *
5446  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5447  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5448  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5449  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5450  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5451  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5452  * disabled.
5453  *
5454  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5455  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5456  * exist).
5457  */
5458 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5459                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5460 {
5461         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5462         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5463         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5464 }
5465
5466 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5467 {
5468         int pindex;
5469
5470         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5471         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5472
5473         spin_lock_init(&pcp->lock);
5474         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5475                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5476
5477         /*
5478          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5479          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5480          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5481          * pageset yet.
5482          */
5483         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5484         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5485         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5486         pcp->free_count = 0;
5487 }
5488
5489 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5490                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5491 {
5492         struct per_cpu_pages *pcp;
5493         int cpu;
5494
5495         for_each_possible_cpu(cpu) {
5496                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5497                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5498         }
5499 }
5500
5501 /*
5502  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5503  * zone based on the zone's size.
5504  */
5505 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5506 {
5507         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5508
5509         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5510         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5511                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5512                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5513                 /*
5514                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5515                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5516                  */
5517                 new_high_max = new_high_min;
5518         } else {
5519                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5520                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5521                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5522         }
5523
5524         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5525             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5526             zone->pageset_batch == new_batch)
5527                 return;
5528
5529         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5530         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5531         zone->pageset_batch = new_batch;
5532
5533         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5534                                           new_batch);
5535 }
5536
5537 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5538 {
5539         int cpu;
5540
5541         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5542         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5543                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5544
5545         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5546         for_each_possible_cpu(cpu) {
5547                 struct per_cpu_pages *pcp;
5548                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5549
5550                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5551                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5552                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5553         }
5554
5555         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5556 }
5557
5558 /*
5559  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5560  * page high values need to be recalculated.
5561  */
5562 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5563 {
5564         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5565         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5566         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5567 }
5568
5569 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone)
5570 {
5571         int cpu;
5572         struct per_cpu_pages *pcp;
5573         struct cpu_cacheinfo *cci;
5574
5575         for_each_online_cpu(cpu) {
5576                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5577                 cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5578                 /*
5579                  * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5580                  * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5581                  * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5582                  * This can reduce zone lock contention without hurting
5583                  * cache-hot pages sharing.
5584                  */
5585                 spin_lock(&pcp->lock);
5586                 if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5587                         pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5588                 else
5589                         pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5590                 spin_unlock(&pcp->lock);
5591         }
5592 }
5593
5594 void setup_pcp_cacheinfo(void)
5595 {
5596         struct zone *zone;
5597
5598         for_each_populated_zone(zone)
5599                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone);
5600 }
5601
5602 /*
5603  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5604  * Before this call only boot pagesets were available.
5605  */
5606 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5607 {
5608         struct pglist_data *pgdat;
5609         struct zone *zone;
5610         int __maybe_unused cpu;
5611
5612         for_each_populated_zone(zone)
5613                 setup_zone_pageset(zone);
5614
5615 #ifdef CONFIG_NUMA
5616         /*
5617          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5618          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5619          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5620          * the nodes these zones are associated with.
5621          */
5622         for_each_possible_cpu(cpu) {
5623                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5624                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5625                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5626         }
5627 #endif
5628
5629         for_each_online_pgdat(pgdat)
5630                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5631                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5632 }
5633
5634 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5635 {
5636         /*
5637          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5638          * relies on the ability of the linker to provide the
5639          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5640          */
5641         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5642         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5643         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5644         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5645         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5646
5647         if (populated_zone(zone))
5648                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5649                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5650 }
5651
5652 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5653 {
5654         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5655         totalram_pages_add(count);
5656 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5657         if (PageHighMem(page))
5658                 totalhigh_pages_add(count);
5659 #endif
5660 }
5661 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5662
5663 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5664 {
5665         void *pos;
5666         unsigned long pages = 0;
5667
5668         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5669         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5670         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5671                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5672                 void *direct_map_addr;
5673
5674                 /*
5675                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5676                  * because some architectures' virt_to_page()
5677                  * work with aliases.  Getting the direct map
5678                  * address ensures that we get a _writeable_
5679                  * alias for the memset().
5680                  */
5681                 direct_map_addr = page_address(page);
5682                 /*
5683                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5684                  * has not been initialized.
5685                  */
5686                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5687                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5688                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5689
5690                 free_reserved_page(page);
5691         }
5692
5693         if (pages && s)
5694                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5695
5696         return pages;
5697 }
5698
5699 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5700 {
5701         struct zone *zone;
5702
5703         lru_add_drain_cpu(cpu);
5704         mlock_drain_remote(cpu);
5705         drain_pages(cpu);
5706
5707         /*
5708          * Spill the event counters of the dead processor
5709          * into the current processors event counters.
5710          * This artificially elevates the count of the current
5711          * processor.
5712          */
5713         vm_events_fold_cpu(cpu);
5714
5715         /*
5716          * Zero the differential counters of the dead processor
5717          * so that the vm statistics are consistent.
5718          *
5719          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5720          * race with what we are doing.
5721          */
5722         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5723
5724         for_each_populated_zone(zone)
5725                 zone_pcp_update(zone, 0);
5726
5727         return 0;
5728 }
5729
5730 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5731 {
5732         struct zone *zone;
5733
5734         for_each_populated_zone(zone)
5735                 zone_pcp_update(zone, 1);
5736         return 0;
5737 }
5738
5739 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5740 {
5741         int ret;
5742
5743         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5744                                         "mm/page_alloc:pcp",
5745                                         page_alloc_cpu_online,
5746                                         page_alloc_cpu_dead);
5747         WARN_ON(ret < 0);
5748 }
5749
5750 /*
5751  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5752  *      or min_free_kbytes changes.
5753  */
5754 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5755 {
5756         struct pglist_data *pgdat;
5757         unsigned long reserve_pages = 0;
5758         enum zone_type i, j;
5759
5760         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5761
5762                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5763
5764                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5765                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5766                         long max = 0;
5767                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5768
5769                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5770                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5771                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5772                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5773                         }
5774
5775                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5776                         max += high_wmark_pages(zone);
5777
5778                         if (max > managed_pages)
5779                                 max = managed_pages;
5780
5781                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5782
5783                         reserve_pages += max;
5784                 }
5785         }
5786         totalreserve_pages = reserve_pages;
5787 }
5788
5789 /*
5790  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5791  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5792  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5793  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5794  */
5795 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5796 {
5797         struct pglist_data *pgdat;
5798         enum zone_type i, j;
5799
5800         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5801                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5802                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5803                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5804                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5805                         unsigned long managed_pages = 0;
5806
5807                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5808                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5809
5810                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5811
5812                                 if (clear)
5813                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5814                                 else
5815                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5816                         }
5817                 }
5818         }
5819
5820         /* update totalreserve_pages */
5821         calculate_totalreserve_pages();
5822 }
5823
5824 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5825 {
5826         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5827         unsigned long lowmem_pages = 0;
5828         struct zone *zone;
5829         unsigned long flags;
5830
5831         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5832         for_each_zone(zone) {
5833                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5834                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5835         }
5836
5837         for_each_zone(zone) {
5838                 u64 tmp;
5839
5840                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5841                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5842                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5843                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5844                         /*
5845                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5846                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5847                          * to a small  value here.
5848                          *
5849                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5850                          * deltas control async page reclaim, and so should
5851                          * not be capped for highmem and movable zones.
5852                          */
5853                         unsigned long min_pages;
5854
5855                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5856                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5857                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5858                 } else {
5859                         /*
5860                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5861                          * proportionate to the zone's size.
5862                          */
5863                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5864                 }
5865
5866                 /*
5867                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5868                  * scale factor in proportion to available memory, but
5869                  * ensure a minimum size on small systems.
5870                  */
5871                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5872                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5873                                       watermark_scale_factor, 10000));
5874
5875                 zone->watermark_boost = 0;
5876                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5877                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5878                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5879
5880                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5881         }
5882
5883         /* update totalreserve_pages */
5884         calculate_totalreserve_pages();
5885 }
5886
5887 /**
5888  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5889  * or when memory is hot-{added|removed}
5890  *
5891  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5892  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5893  */
5894 void setup_per_zone_wmarks(void)
5895 {
5896         struct zone *zone;
5897         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5898
5899         spin_lock(&lock);
5900         __setup_per_zone_wmarks();
5901         spin_unlock(&lock);
5902
5903         /*
5904          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5905          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5906          */
5907         for_each_zone(zone)
5908                 zone_pcp_update(zone, 0);
5909 }
5910
5911 /*
5912  * Initialise min_free_kbytes.
5913  *
5914  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5915  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5916  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5917  *
5918  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5919  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5920  *
5921  * which yields
5922  *
5923  * 16MB:        512k
5924  * 32MB:        724k
5925  * 64MB:        1024k
5926  * 128MB:       1448k
5927  * 256MB:       2048k
5928  * 512MB:       2896k
5929  * 1024MB:      4096k
5930  * 2048MB:      5792k
5931  * 4096MB:      8192k
5932  * 8192MB:      11584k
5933  * 16384MB:     16384k
5934  */
5935 void calculate_min_free_kbytes(void)
5936 {
5937         unsigned long lowmem_kbytes;
5938         int new_min_free_kbytes;
5939
5940         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5941         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5942
5943         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5944                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5945         else
5946                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5947                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5948
5949 }
5950
5951 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5952 {
5953         calculate_min_free_kbytes();
5954         setup_per_zone_wmarks();
5955         refresh_zone_stat_thresholds();
5956         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5957
5958 #ifdef CONFIG_NUMA
5959         setup_min_unmapped_ratio();
5960         setup_min_slab_ratio();
5961 #endif
5962
5963         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5964
5965         return 0;
5966 }
5967 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5968
5969 /*
5970  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5971  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5972  *      changes.
5973  */
5974 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5975                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5976 {
5977         int rc;
5978
5979         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5980         if (rc)
5981                 return rc;
5982
5983         if (write) {
5984                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5985                 setup_per_zone_wmarks();
5986         }
5987         return 0;
5988 }
5989
5990 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5991                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5992 {
5993         int rc;
5994
5995         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5996         if (rc)
5997                 return rc;
5998
5999         if (write)
6000                 setup_per_zone_wmarks();
6001
6002         return 0;
6003 }
6004
6005 #ifdef CONFIG_NUMA
6006 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6007 {
6008         pg_data_t *pgdat;
6009         struct zone *zone;
6010
6011         for_each_online_pgdat(pgdat)
6012                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6013
6014         for_each_zone(zone)
6015                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6016                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6017 }
6018
6019
6020 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6021                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6022 {
6023         int rc;
6024
6025         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6026         if (rc)
6027                 return rc;
6028
6029         setup_min_unmapped_ratio();
6030
6031         return 0;
6032 }
6033
6034 static void setup_min_slab_ratio(void)
6035 {
6036         pg_data_t *pgdat;
6037         struct zone *zone;
6038
6039         for_each_online_pgdat(pgdat)
6040                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6041
6042         for_each_zone(zone)
6043                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6044                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6045 }
6046
6047 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6048                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6049 {
6050         int rc;
6051
6052         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6053         if (rc)
6054                 return rc;
6055
6056         setup_min_slab_ratio();
6057
6058         return 0;
6059 }
6060 #endif
6061
6062 /*
6063  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6064  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6065  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6066  *
6067  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6068  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6069  * if in function of the boot time zone sizes.
6070  */
6071 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6072                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6073 {
6074         int i;
6075
6076         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6077
6078         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6079                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6080                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6081         }
6082
6083         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6084         return 0;
6085 }
6086
6087 /*
6088  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6089  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6090  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6091  */
6092 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6093                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6094 {
6095         struct zone *zone;
6096         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6097         int ret;
6098
6099         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6100         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6101
6102         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6103         if (!write || ret < 0)
6104                 goto out;
6105
6106         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6107         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6108             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6109                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6110                 ret = -EINVAL;
6111                 goto out;
6112         }
6113
6114         /* No change? */
6115         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6116                 goto out;
6117
6118         for_each_populated_zone(zone)
6119                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6120 out:
6121         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6122         return ret;
6123 }
6124
6125 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6126         {
6127                 .procname       = "min_free_kbytes",
6128                 .data           = &min_free_kbytes,
6129                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6130                 .mode           = 0644,
6131                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6132                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6133         },
6134         {
6135                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6136                 .data           = &watermark_boost_factor,
6137                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6138                 .mode           = 0644,
6139                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6140                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6141         },
6142         {
6143                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6144                 .data           = &watermark_scale_factor,
6145                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6146                 .mode           = 0644,
6147                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6148                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6149                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6150         },
6151         {
6152                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6153                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6154                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6155                 .mode           = 0644,
6156                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6157                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6158         },
6159         {
6160                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6161                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6162                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6163                 .mode           = 0644,
6164                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6165         },
6166 #ifdef CONFIG_NUMA
6167         {
6168                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6169                 .data           = &numa_zonelist_order,
6170                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6171                 .mode           = 0644,
6172                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6173         },
6174         {
6175                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6176                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6177                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6178                 .mode           = 0644,
6179                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6180                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6181                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6182         },
6183         {
6184                 .procname       = "min_slab_ratio",
6185                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6186                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6187                 .mode           = 0644,
6188                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6189                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6190                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6191         },
6192 #endif
6193         {}
6194 };
6195
6196 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6197 {
6198         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6199 }
6200
6201 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6202 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6203 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6204 {
6205         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6206
6207         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6208                 struct page *page;
6209
6210                 dump_stack();
6211                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6212                         dump_page(page, "migration failure");
6213         }
6214 }
6215
6216 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6217 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6218                                         unsigned long start, unsigned long end)
6219 {
6220         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6221         unsigned int nr_reclaimed;
6222         unsigned long pfn = start;
6223         unsigned int tries = 0;
6224         int ret = 0;
6225         struct migration_target_control mtc = {
6226                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6227                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6228         };
6229
6230         lru_cache_disable();
6231
6232         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6233                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6234                         ret = -EINTR;
6235                         break;
6236                 }
6237
6238                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6239                         cc->nr_migratepages = 0;
6240                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6241                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6242                                 break;
6243                         pfn = cc->migrate_pfn;
6244                         tries = 0;
6245                 } else if (++tries == 5) {
6246                         ret = -EBUSY;
6247                         break;
6248                 }
6249
6250                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6251                                                         &cc->migratepages);
6252                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6253
6254                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6255                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6256
6257                 /*
6258                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6259                  * to retry again over this error, so do the same here.
6260                  */
6261                 if (ret == -ENOMEM)
6262                         break;
6263         }
6264
6265         lru_cache_enable();
6266         if (ret < 0) {
6267                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6268                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6269                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6270                 return ret;
6271         }
6272         return 0;
6273 }
6274
6275 /**
6276  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6277  * @start:      start PFN to allocate
6278  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6279  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6280  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6281  *                      in range must have the same migratetype and it must
6282  *                      be either of the two.
6283  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6284  *
6285  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6286  * belong to a single zone.
6287  *
6288  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6289  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6290  * be modified by others.
6291  *
6292  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6293  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6294  * need to be freed with free_contig_range().
6295  */
6296 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6297                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6298 {
6299         unsigned long outer_start, outer_end;
6300         int order;
6301         int ret = 0;
6302
6303         struct compact_control cc = {
6304                 .nr_migratepages = 0,
6305                 .order = -1,
6306                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6307                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6308                 .ignore_skip_hint = true,
6309                 .no_set_skip_hint = true,
6310                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6311                 .alloc_contig = true,
6312         };
6313         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6314
6315         /*
6316          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6317          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6318          * have different sizes, and due to the way page allocator
6319          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6320          *
6321          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6322          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6323          * we are interested in). This will put all the pages in
6324          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6325          *
6326          * When this is done, we take the pages in range from page
6327          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6328          * page allocator will never consider using them.
6329          *
6330          * This lets us mark the pageblocks back as
6331          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6332          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6333          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6334          */
6335
6336         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6337         if (ret)
6338                 goto done;
6339
6340         drain_all_pages(cc.zone);
6341
6342         /*
6343          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6344          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6345          * which will report the busy page.
6346          *
6347          * It is possible that busy pages could become available before
6348          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6349          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6350          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6351          */
6352         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6353         if (ret && ret != -EBUSY)
6354                 goto done;
6355         ret = 0;
6356
6357         /*
6358          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6359          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6360          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6361          * What we are going to do is to allocate all pages from
6362          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6363          *
6364          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6365          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6366          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6367          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6368          * once this is done free the pages we are not interested in.
6369          *
6370          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6371          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6372          */
6373
6374         order = 0;
6375         outer_start = start;
6376         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6377                 if (++order > MAX_ORDER) {
6378                         outer_start = start;
6379                         break;
6380                 }
6381                 outer_start &= ~0UL << order;
6382         }
6383
6384         if (outer_start != start) {
6385                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6386
6387                 /*
6388                  * outer_start page could be small order buddy page and
6389                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6390                  * in this case to report failed page properly
6391                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6392                  */
6393                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6394                         outer_start = start;
6395         }
6396
6397         /* Make sure the range is really isolated. */
6398         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6399                 ret = -EBUSY;
6400                 goto done;
6401         }
6402
6403         /* Grab isolated pages from freelists. */
6404         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6405         if (!outer_end) {
6406                 ret = -EBUSY;
6407                 goto done;
6408         }
6409
6410         /* Free head and tail (if any) */
6411         if (start != outer_start)
6412                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6413         if (end != outer_end)
6414                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6415
6416 done:
6417         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6418         return ret;
6419 }
6420 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6421
6422 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6423                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6424 {
6425         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6426
6427         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6428                                   gfp_mask);
6429 }
6430
6431 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6432                                    unsigned long nr_pages)
6433 {
6434         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6435         struct page *page;
6436
6437         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6438                 page = pfn_to_online_page(i);
6439                 if (!page)
6440                         return false;
6441
6442                 if (page_zone(page) != z)
6443                         return false;
6444
6445                 if (PageReserved(page))
6446                         return false;
6447
6448                 if (PageHuge(page))
6449                         return false;
6450         }
6451         return true;
6452 }
6453
6454 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6455                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6456 {
6457         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6458
6459         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6460 }
6461
6462 /**
6463  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6464  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6465  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6466  * @nid:        Target node
6467  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6468  *
6469  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6470  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6471  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6472  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6473  *
6474  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6475  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6476  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6477  *
6478  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6479  * __free_page() on each allocated page.
6480  *
6481  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6482  */
6483 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6484                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6485 {
6486         unsigned long ret, pfn, flags;
6487         struct zonelist *zonelist;
6488         struct zone *zone;
6489         struct zoneref *z;
6490
6491         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6492         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6493                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6494                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6495
6496                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6497                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6498                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6499                                 /*
6500                                  * We release the zone lock here because
6501                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6502                                  * at some point. If there's an allocation
6503                                  * spinning on this lock, it may win the race
6504                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6505                                  */
6506                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6507                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6508                                                         gfp_mask);
6509                                 if (!ret)
6510                                         return pfn_to_page(pfn);
6511                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6512                         }
6513                         pfn += nr_pages;
6514                 }
6515                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6516         }
6517         return NULL;
6518 }
6519 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6520
6521 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6522 {
6523         unsigned long count = 0;
6524
6525         for (; nr_pages--; pfn++) {
6526                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6527
6528                 count += page_count(page) != 1;
6529                 __free_page(page);
6530         }
6531         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6532 }
6533 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6534
6535 /*
6536  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6537  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6538  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6539  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6540  *
6541  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6542  */
6543 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6544 {
6545         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6546         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6547         __drain_all_pages(zone, true);
6548 }
6549
6550 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6551 {
6552         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6553                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6554         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6555 }
6556
6557 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6558 {
6559         int cpu;
6560         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6561
6562         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6563                 for_each_online_cpu(cpu) {
6564                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6565                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6566                 }
6567                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6568                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6569                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6570                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6571                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6572                 }
6573         }
6574 }
6575
6576 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6577 /*
6578  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6579  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6580  */
6581 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6582 {
6583         unsigned long pfn = start_pfn;
6584         struct page *page;
6585         struct zone *zone;
6586         unsigned int order;
6587         unsigned long flags;
6588
6589         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6590         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6591         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6592         while (pfn < end_pfn) {
6593                 page = pfn_to_page(pfn);
6594                 /*
6595                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6596                  * page_count() is not 0.
6597                  */
6598                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6599                         pfn++;
6600                         continue;
6601                 }
6602                 /*
6603                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6604                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6605                  */
6606                 if (PageOffline(page)) {
6607                         BUG_ON(page_count(page));
6608                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6609                         pfn++;
6610                         continue;
6611                 }
6612
6613                 BUG_ON(page_count(page));
6614                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6615                 order = buddy_order(page);
6616                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6617                 pfn += (1 << order);
6618         }
6619         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6620 }
6621 #endif
6622
6623 /*
6624  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6625  */
6626 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6627 {
6628         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6629         unsigned int order;
6630
6631         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6632                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6633
6634                 if (PageBuddy(page_head) &&
6635                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6636                         break;
6637         }
6638
6639         return order <= MAX_ORDER;
6640 }
6641 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6642
6643 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6644 /*
6645  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6646  * buddy allocator.
6647  */
6648 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6649                                    struct page *target, int low, int high,
6650                                    int migratetype)
6651 {
6652         unsigned long size = 1 << high;
6653         struct page *current_buddy;
6654
6655         while (high > low) {
6656                 high--;
6657                 size >>= 1;
6658
6659                 if (target >= &page[size]) {
6660                         current_buddy = page;
6661                         page = page + size;
6662                 } else {
6663                         current_buddy = page + size;
6664                 }
6665
6666                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6667                         continue;
6668
6669                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6670                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6671         }
6672 }
6673
6674 /*
6675  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6676  */
6677 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6678 {
6679         struct zone *zone = page_zone(page);
6680         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6681         unsigned long flags;
6682         unsigned int order;
6683         bool ret = false;
6684
6685         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6686         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6687                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6688                 int page_order = buddy_order(page_head);
6689
6690                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6691                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6692                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6693                                                                    pfn_head);
6694
6695                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6696                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6697                                                 page_order, migratetype);
6698                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6699                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6700                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6701                         ret = true;
6702                         break;
6703                 }
6704                 if (page_count(page_head) > 0)
6705                         break;
6706         }
6707         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6708         return ret;
6709 }
6710
6711 /*
6712  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6713  */
6714 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6715 {
6716         struct zone *zone = page_zone(page);
6717         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6718         unsigned long flags;
6719         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6720         bool ret = false;
6721
6722         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6723         if (put_page_testzero(page)) {
6724                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6725                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6726                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6727                         ret = true;
6728                 }
6729         }
6730         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6731
6732         return ret;
6733 }
6734 #endif
6735
6736 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6737 bool has_managed_dma(void)
6738 {
6739         struct pglist_data *pgdat;
6740
6741         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6742                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6743
6744                 if (managed_zone(zone))
6745                         return true;
6746         }
6747         return false;
6748 }
6749 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6750
6751 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6752
6753 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6754 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6755
6756 static bool lazy_accept = true;
6757
6758 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6759 {
6760         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6761                 lazy_accept = true;
6762                 return 0;
6763         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6764                 lazy_accept = false;
6765                 return 0;
6766         } else {
6767                 return -EINVAL;
6768         }
6769 }
6770 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6771
6772 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6773 {
6774         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6775         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6776
6777         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6778 }
6779
6780 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6781 {
6782         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6783
6784         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6785 }
6786
6787 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6788 {
6789         unsigned long flags;
6790         struct page *page;
6791         bool last;
6792
6793         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6794                 return false;
6795
6796         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6797         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6798                                         struct page, lru);
6799         if (!page) {
6800                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6801                 return false;
6802         }
6803
6804         list_del(&page->lru);
6805         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6806
6807         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6808         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6809         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6810
6811         accept_page(page, MAX_ORDER);
6812
6813         __free_pages_ok(page, MAX_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6814
6815         if (last)
6816                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6817
6818         return true;
6819 }
6820
6821 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6822 {
6823         long to_accept;
6824         int ret = false;
6825
6826         /* How much to accept to get to high watermark? */
6827         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6828                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6829                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6830
6831         /* Accept at least one page */
6832         do {
6833                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6834                         break;
6835                 ret = true;
6836                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6837         } while (to_accept > 0);
6838
6839         return ret;
6840 }
6841
6842 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6843 {
6844         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6845 }
6846
6847 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6848 {
6849         struct zone *zone = page_zone(page);
6850         unsigned long flags;
6851         bool first = false;
6852
6853         if (!lazy_accept)
6854                 return false;
6855
6856         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6857         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6858         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6859         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6860         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6861         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6862
6863         if (first)
6864                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6865
6866         return true;
6867 }
6868
6869 #else
6870
6871 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6872 {
6873         return false;
6874 }
6875
6876 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6877 {
6878 }
6879
6880 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6881 {
6882         return false;
6883 }
6884
6885 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6886 {
6887         return false;
6888 }
6889
6890 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6891 {
6892         BUILD_BUG();
6893         return false;
6894 }
6895
6896 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */
This page took 0.447996 seconds and 4 git commands to generate.