]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
wifi: ath12k: Introduce the container for mac80211 hw
[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 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
920                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
921 #endif
922                         (page->flags & check_flags)))
923                 return false;
924
925         return true;
926 }
927
928 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
929 {
930         const char *bad_reason = NULL;
931
932         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
933                 bad_reason = "nonzero mapcount";
934         if (unlikely(page->mapping != NULL))
935                 bad_reason = "non-NULL mapping";
936         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
937                 bad_reason = "nonzero _refcount";
938         if (unlikely(page->flags & flags)) {
939                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
940                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
941                 else
942                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
943         }
944 #ifdef CONFIG_MEMCG
945         if (unlikely(page->memcg_data))
946                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
947 #endif
948 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
949         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
950                 bad_reason = "page_pool leak";
951 #endif
952         return bad_reason;
953 }
954
955 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
956 {
957         bad_page(page,
958                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
959 }
960
961 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
962 {
963         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
964                 return false;
965
966         /* Something has gone sideways, find it */
967         free_page_is_bad_report(page);
968         return true;
969 }
970
971 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
972 {
973         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
974 }
975
976 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
977 {
978         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
979         int ret = 1;
980
981         /*
982          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
983          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
984          */
985         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
986
987         if (!is_check_pages_enabled()) {
988                 ret = 0;
989                 goto out;
990         }
991         switch (page - head_page) {
992         case 1:
993                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
994                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
995                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
996                         goto out;
997                 }
998                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
999                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1000                         goto out;
1001                 }
1002                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1003                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1004                         goto out;
1005                 }
1006                 break;
1007         case 2:
1008                 /*
1009                  * the second tail page: ->mapping is
1010                  * deferred_list.next -- ignore value.
1011                  */
1012                 break;
1013         default:
1014                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1015                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1016                         goto out;
1017                 }
1018                 break;
1019         }
1020         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1021                 bad_page(page, "PageTail not set");
1022                 goto out;
1023         }
1024         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1025                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1026                 goto out;
1027         }
1028         ret = 0;
1029 out:
1030         page->mapping = NULL;
1031         clear_compound_head(page);
1032         return ret;
1033 }
1034
1035 /*
1036  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1037  *
1038  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1039  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1040  *    using page tags instead (see below).
1041  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1042  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1043  *
1044  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1045  *
1046  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1047  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1048  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1049  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1050  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1051  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1052  *
1053  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1054  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1055  * initialization is done with interrupt disabled.
1056  *
1057  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1058  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1059  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1060  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1061  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1062  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1063  */
1064 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1065 {
1066         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1067                 return deferred_pages_enabled();
1068
1069         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1070 }
1071
1072 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1073 {
1074         int i;
1075
1076         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1077         kasan_disable_current();
1078         for (i = 0; i < numpages; i++)
1079                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1080         kasan_enable_current();
1081 }
1082
1083 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1084                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1085 {
1086         int bad = 0;
1087         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1088         bool init = want_init_on_free();
1089         bool compound = PageCompound(page);
1090
1091         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1092
1093         trace_mm_page_free(page, order);
1094         kmsan_free_page(page, order);
1095
1096         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1097                 /*
1098                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1099                  * Untie memcg state and reset page's owner
1100                  */
1101                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1102                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1103                 reset_page_owner(page, order);
1104                 page_table_check_free(page, order);
1105                 return false;
1106         }
1107
1108         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1109
1110         /*
1111          * Check tail pages before head page information is cleared to
1112          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1113          */
1114         if (unlikely(order)) {
1115                 int i;
1116
1117                 if (compound)
1118                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1119                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1120                         if (compound)
1121                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1122                         if (is_check_pages_enabled()) {
1123                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1124                                         bad++;
1125                                         continue;
1126                                 }
1127                         }
1128                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1129                 }
1130         }
1131         if (PageMappingFlags(page))
1132                 page->mapping = NULL;
1133         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1134                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1135         if (is_check_pages_enabled()) {
1136                 if (free_page_is_bad(page))
1137                         bad++;
1138                 if (bad)
1139                         return false;
1140         }
1141
1142         page_cpupid_reset_last(page);
1143         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1144         reset_page_owner(page, order);
1145         page_table_check_free(page, order);
1146
1147         if (!PageHighMem(page)) {
1148                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1149                                            PAGE_SIZE << order);
1150                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1151                                            PAGE_SIZE << order);
1152         }
1153
1154         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1155
1156         /*
1157          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1158          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1159          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1160          *
1161          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1162          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1163          */
1164         if (!skip_kasan_poison) {
1165                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1166
1167                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1168                 if (kasan_has_integrated_init())
1169                         init = false;
1170         }
1171         if (init)
1172                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1173
1174         /*
1175          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1176          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1177          * happen after this.
1178          */
1179         arch_free_page(page, order);
1180
1181         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1182
1183         return true;
1184 }
1185
1186 /*
1187  * Frees a number of pages from the PCP lists
1188  * Assumes all pages on list are in same zone.
1189  * count is the number of pages to free.
1190  */
1191 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1192                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1193                                         int pindex)
1194 {
1195         unsigned long flags;
1196         unsigned int order;
1197         bool isolated_pageblocks;
1198         struct page *page;
1199
1200         /*
1201          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1202          * below while (list_empty(list)) loop.
1203          */
1204         count = min(pcp->count, count);
1205
1206         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1207         pindex = pindex - 1;
1208
1209         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1210         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1211
1212         while (count > 0) {
1213                 struct list_head *list;
1214                 int nr_pages;
1215
1216                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1217                 do {
1218                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1219                                 pindex = 0;
1220                         list = &pcp->lists[pindex];
1221                 } while (list_empty(list));
1222
1223                 order = pindex_to_order(pindex);
1224                 nr_pages = 1 << order;
1225                 do {
1226                         int mt;
1227
1228                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1229                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1230
1231                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1232                         list_del(&page->pcp_list);
1233                         count -= nr_pages;
1234                         pcp->count -= nr_pages;
1235
1236                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1237                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1238                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1239                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1240                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1241
1242                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1243                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1244                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1245         }
1246
1247         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1248 }
1249
1250 static void free_one_page(struct zone *zone,
1251                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1252                                 unsigned int order,
1253                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1254 {
1255         unsigned long flags;
1256
1257         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1258         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1259                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1260                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1261         }
1262         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1263         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1264 }
1265
1266 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1267                             fpi_t fpi_flags)
1268 {
1269         unsigned long flags;
1270         int migratetype;
1271         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1272         struct zone *zone = page_zone(page);
1273
1274         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1275                 return;
1276
1277         /*
1278          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1279          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1280          * This will reduce the lock holding time.
1281          */
1282         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1283
1284         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1285         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1286                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1287                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1288         }
1289         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1290         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1291
1292         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1293 }
1294
1295 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1296 {
1297         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1298         struct page *p = page;
1299         unsigned int loop;
1300
1301         /*
1302          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1303          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1304          * refcount of all involved pages to 0.
1305          */
1306         prefetchw(p);
1307         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1308                 prefetchw(p + 1);
1309                 __ClearPageReserved(p);
1310                 set_page_count(p, 0);
1311         }
1312         __ClearPageReserved(p);
1313         set_page_count(p, 0);
1314
1315         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1316
1317         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1318                 if (order == MAX_ORDER && __free_unaccepted(page))
1319                         return;
1320
1321                 accept_page(page, order);
1322         }
1323
1324         /*
1325          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1326          * relevant for memory onlining.
1327          */
1328         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1333  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1334  * with the migration of free compaction scanner.
1335  *
1336  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1337  *
1338  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1339  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1340  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1341  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1342  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1343  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1344  * page in a pageblock.
1345  *
1346  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1347  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1348  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1349  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1350  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1351  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1352  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1353  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1354  */
1355 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1356                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1357 {
1358         struct page *start_page;
1359         struct page *end_page;
1360
1361         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1362         end_pfn--;
1363
1364         if (!pfn_valid(end_pfn))
1365                 return NULL;
1366
1367         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1368         if (!start_page)
1369                 return NULL;
1370
1371         if (page_zone(start_page) != zone)
1372                 return NULL;
1373
1374         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1375
1376         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1377         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1378                 return NULL;
1379
1380         return start_page;
1381 }
1382
1383 /*
1384  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1385  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1386  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1387  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1388  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1389  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1390  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1391  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1392  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1393  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1394  *
1395  * -- nyc
1396  */
1397 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1398         int low, int high, int migratetype)
1399 {
1400         unsigned long size = 1 << high;
1401
1402         while (high > low) {
1403                 high--;
1404                 size >>= 1;
1405                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1406
1407                 /*
1408                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1409                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1410                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1411                  * pages will stay not present in virtual address space
1412                  */
1413                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1414                         continue;
1415
1416                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1417                 set_buddy_order(&page[size], high);
1418         }
1419 }
1420
1421 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1422 {
1423         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1424                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1425                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1426                 return;
1427         }
1428
1429         bad_page(page,
1430                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1431 }
1432
1433 /*
1434  * This page is about to be returned from the page allocator
1435  */
1436 static int check_new_page(struct page *page)
1437 {
1438         if (likely(page_expected_state(page,
1439                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1440                 return 0;
1441
1442         check_new_page_bad(page);
1443         return 1;
1444 }
1445
1446 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1447 {
1448         if (is_check_pages_enabled()) {
1449                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1450                         struct page *p = page + i;
1451
1452                         if (check_new_page(p))
1453                                 return true;
1454                 }
1455         }
1456
1457         return false;
1458 }
1459
1460 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1461 {
1462         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1463         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1464             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1465                 return false;
1466
1467         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1468         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1469                 return true;
1470
1471         /*
1472          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1473          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1474          */
1475         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1476 }
1477
1478 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1479 {
1480         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1481         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1482                 return false;
1483
1484         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1485         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1486 }
1487
1488 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1489                                 gfp_t gfp_flags)
1490 {
1491         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1492                         !should_skip_init(gfp_flags);
1493         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1494         int i;
1495
1496         set_page_private(page, 0);
1497         set_page_refcounted(page);
1498
1499         arch_alloc_page(page, order);
1500         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1501
1502         /*
1503          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1504          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1505          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1506          */
1507         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1508
1509         /*
1510          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1511          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1512          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1513          */
1514
1515         /*
1516          * If memory tags should be zeroed
1517          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1518          */
1519         if (zero_tags) {
1520                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1521                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1522                         tag_clear_highpage(page + i);
1523
1524                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1525                 init = false;
1526         }
1527         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1528             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1529                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1530                 if (kasan_has_integrated_init())
1531                         init = false;
1532         } else {
1533                 /*
1534                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1535                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1536                  */
1537                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1538                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1539         }
1540         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1541         if (init)
1542                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1543
1544         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1545         page_table_check_alloc(page, order);
1546 }
1547
1548 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1549                                                         unsigned int alloc_flags)
1550 {
1551         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1552
1553         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1554                 prep_compound_page(page, order);
1555
1556         /*
1557          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1558          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1559          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1560          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1561          */
1562         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1563                 set_page_pfmemalloc(page);
1564         else
1565                 clear_page_pfmemalloc(page);
1566 }
1567
1568 /*
1569  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1570  * the smallest available page from the freelists
1571  */
1572 static __always_inline
1573 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1574                                                 int migratetype)
1575 {
1576         unsigned int current_order;
1577         struct free_area *area;
1578         struct page *page;
1579
1580         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1581         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1582                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1583                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1584                 if (!page)
1585                         continue;
1586                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1587                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1588                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1589                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1590                                 pcp_allowed_order(order) &&
1591                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1592                 return page;
1593         }
1594
1595         return NULL;
1596 }
1597
1598
1599 /*
1600  * This array describes the order lists are fallen back to when
1601  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1602  *
1603  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1604  */
1605 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1606         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1607         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1608         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1609 };
1610
1611 #ifdef CONFIG_CMA
1612 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1613                                         unsigned int order)
1614 {
1615         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1616 }
1617 #else
1618 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1619                                         unsigned int order) { return NULL; }
1620 #endif
1621
1622 /*
1623  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1624  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1625  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1626  */
1627 static int move_freepages(struct zone *zone,
1628                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1629                           int migratetype, int *num_movable)
1630 {
1631         struct page *page;
1632         unsigned long pfn;
1633         unsigned int order;
1634         int pages_moved = 0;
1635
1636         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1637                 page = pfn_to_page(pfn);
1638                 if (!PageBuddy(page)) {
1639                         /*
1640                          * We assume that pages that could be isolated for
1641                          * migration are movable. But we don't actually try
1642                          * isolating, as that would be expensive.
1643                          */
1644                         if (num_movable &&
1645                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1646                                 (*num_movable)++;
1647                         pfn++;
1648                         continue;
1649                 }
1650
1651                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1652                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1653                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1654
1655                 order = buddy_order(page);
1656                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1657                 pfn += 1 << order;
1658                 pages_moved += 1 << order;
1659         }
1660
1661         return pages_moved;
1662 }
1663
1664 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1665                                 int migratetype, int *num_movable)
1666 {
1667         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1668
1669         if (num_movable)
1670                 *num_movable = 0;
1671
1672         pfn = page_to_pfn(page);
1673         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1674         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1675
1676         /* Do not cross zone boundaries */
1677         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1678                 start_pfn = pfn;
1679         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1680                 return 0;
1681
1682         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1683                                                                 num_movable);
1684 }
1685
1686 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1687                                         int start_order, int migratetype)
1688 {
1689         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1690
1691         while (nr_pageblocks--) {
1692                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1693                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1694         }
1695 }
1696
1697 /*
1698  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1699  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1700  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1701  *
1702  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1703  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1704  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1705  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1706  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1707  * pageblocks.
1708  */
1709 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1710 {
1711         /*
1712          * Leaving this order check is intended, although there is
1713          * relaxed order check in next check. The reason is that
1714          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1715          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1716          * so could be changed anytime.
1717          */
1718         if (order >= pageblock_order)
1719                 return true;
1720
1721         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1722                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1723                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1724                 page_group_by_mobility_disabled)
1725                 return true;
1726
1727         return false;
1728 }
1729
1730 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1731 {
1732         unsigned long max_boost;
1733
1734         if (!watermark_boost_factor)
1735                 return false;
1736         /*
1737          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1738          * On small machines, including kdump capture kernels running
1739          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1740          * memory situation immediately.
1741          */
1742         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1743                 return false;
1744
1745         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1746                         watermark_boost_factor, 10000);
1747
1748         /*
1749          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1750          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1751          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1752          * allocations that early means that reclaim is not going
1753          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1754          * boosted watermark resulting in a hang.
1755          */
1756         if (!max_boost)
1757                 return false;
1758
1759         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1760
1761         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1762                 max_boost);
1763
1764         return true;
1765 }
1766
1767 /*
1768  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1769  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1770  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1771  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1772  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1773  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1774  */
1775 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1776                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1777 {
1778         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1779         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1780         int old_block_type;
1781
1782         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1783
1784         /*
1785          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1786          * highatomic accounting.
1787          */
1788         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1789                 goto single_page;
1790
1791         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1792         if (current_order >= pageblock_order) {
1793                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1794                 goto single_page;
1795         }
1796
1797         /*
1798          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1799          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1800          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1801          */
1802         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1803                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1804
1805         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1806         if (!whole_block)
1807                 goto single_page;
1808
1809         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1810                                                 &movable_pages);
1811         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1812         if (!free_pages)
1813                 goto single_page;
1814
1815         /*
1816          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1817          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1818          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1819          */
1820         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1821                 alike_pages = movable_pages;
1822         } else {
1823                 /*
1824                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1825                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1826                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1827                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1828                  * exact migratetype of non-movable pages.
1829                  */
1830                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1831                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1832                                                 - (free_pages + movable_pages);
1833                 else
1834                         alike_pages = 0;
1835         }
1836         /*
1837          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1838          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1839          */
1840         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1841                         page_group_by_mobility_disabled)
1842                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1843
1844         return;
1845
1846 single_page:
1847         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1848 }
1849
1850 /*
1851  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1852  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1853  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1854  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1855  */
1856 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1857                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1858 {
1859         int i;
1860         int fallback_mt;
1861
1862         if (area->nr_free == 0)
1863                 return -1;
1864
1865         *can_steal = false;
1866         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1867                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1868                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1869                         continue;
1870
1871                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1872                         *can_steal = true;
1873
1874                 if (!only_stealable)
1875                         return fallback_mt;
1876
1877                 if (*can_steal)
1878                         return fallback_mt;
1879         }
1880
1881         return -1;
1882 }
1883
1884 /*
1885  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1886  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1887  */
1888 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1889 {
1890         int mt;
1891         unsigned long max_managed, flags;
1892
1893         /*
1894          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1895          * Check is race-prone but harmless.
1896          */
1897         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
1898         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1899                 return;
1900
1901         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1902
1903         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1904         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1905                 goto out_unlock;
1906
1907         /* Yoink! */
1908         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1909         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1910         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1911                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1912                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1913                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1914         }
1915
1916 out_unlock:
1917         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1918 }
1919
1920 /*
1921  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1922  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1923  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1924  * to recover from than an OOM.
1925  *
1926  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1927  * pageblock is exhausted.
1928  */
1929 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1930                                                 bool force)
1931 {
1932         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1933         unsigned long flags;
1934         struct zoneref *z;
1935         struct zone *zone;
1936         struct page *page;
1937         int order;
1938         bool ret;
1939
1940         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1941                                                                 ac->nodemask) {
1942                 /*
1943                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1944                  * is really high.
1945                  */
1946                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1947                                         pageblock_nr_pages)
1948                         continue;
1949
1950                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1951                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
1952                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1953
1954                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1955                         if (!page)
1956                                 continue;
1957
1958                         /*
1959                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1960                          * we can counter several free pages in a pageblock
1961                          * in this loop although we changed the pageblock type
1962                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1963                          * adjust the count once.
1964                          */
1965                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1966                                 /*
1967                                  * It should never happen but changes to
1968                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1969                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1970                                  * while unreserving so be safe and watch for
1971                                  * underflows.
1972                                  */
1973                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1974                                                 pageblock_nr_pages,
1975                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1976                         }
1977
1978                         /*
1979                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1980                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1981                          * is doing the work and needs the pages. More
1982                          * importantly, if the block was always converted to
1983                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1984                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1985                          * may increase.
1986                          */
1987                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1988                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
1989                                                                         NULL);
1990                         if (ret) {
1991                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1992                                 return ret;
1993                         }
1994                 }
1995                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1996         }
1997
1998         return false;
1999 }
2000
2001 /*
2002  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2003  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2004  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2005  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2006  *
2007  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2008  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2009  * condition simpler.
2010  */
2011 static __always_inline bool
2012 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2013                                                 unsigned int alloc_flags)
2014 {
2015         struct free_area *area;
2016         int current_order;
2017         int min_order = order;
2018         struct page *page;
2019         int fallback_mt;
2020         bool can_steal;
2021
2022         /*
2023          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2024          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2025          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2026          */
2027         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2028                 min_order = pageblock_order;
2029
2030         /*
2031          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2032          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2033          * would be too costly to do exactly.
2034          */
2035         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2036                                 --current_order) {
2037                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2038                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2039                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2040                 if (fallback_mt == -1)
2041                         continue;
2042
2043                 /*
2044                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2045                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2046                  * steal and split the smallest available page instead of the
2047                  * largest available page, because even if the next movable
2048                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2049                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2050                  */
2051                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2052                                         && current_order > order)
2053                         goto find_smallest;
2054
2055                 goto do_steal;
2056         }
2057
2058         return false;
2059
2060 find_smallest:
2061         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2062                                                         current_order++) {
2063                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2064                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2065                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2066                 if (fallback_mt != -1)
2067                         break;
2068         }
2069
2070         /*
2071          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2072          * when looking for the largest page.
2073          */
2074         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2075
2076 do_steal:
2077         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2078
2079         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2080                                                                 can_steal);
2081
2082         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2083                 start_migratetype, fallback_mt);
2084
2085         return true;
2086
2087 }
2088
2089 /*
2090  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2091  * Call me with the zone->lock already held.
2092  */
2093 static __always_inline struct page *
2094 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2095                                                 unsigned int alloc_flags)
2096 {
2097         struct page *page;
2098
2099         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2100                 /*
2101                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2102                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2103                  * is in the CMA area.
2104                  */
2105                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2106                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2107                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2108                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2109                         if (page)
2110                                 return page;
2111                 }
2112         }
2113 retry:
2114         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2115         if (unlikely(!page)) {
2116                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2117                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2118
2119                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2120                                                                 alloc_flags))
2121                         goto retry;
2122         }
2123         return page;
2124 }
2125
2126 /*
2127  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2128  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2129  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2130  */
2131 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2132                         unsigned long count, struct list_head *list,
2133                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2134 {
2135         unsigned long flags;
2136         int i;
2137
2138         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2139         for (i = 0; i < count; ++i) {
2140                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2141                                                                 alloc_flags);
2142                 if (unlikely(page == NULL))
2143                         break;
2144
2145                 /*
2146                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2147                  * physical page order. The page is added to the tail of
2148                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2149                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2150                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2151                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2152                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2153                  * pages are ordered properly.
2154                  */
2155                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2156                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2157                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2158                                               -(1 << order));
2159         }
2160
2161         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2162         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2163
2164         return i;
2165 }
2166
2167 /*
2168  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2169  * Return whether there are addition works to do.
2170  */
2171 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2172 {
2173         int high_min, to_drain, batch;
2174         int todo = 0;
2175
2176         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2177         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2178         /*
2179          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2180          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2181          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2182          */
2183         if (pcp->high > high_min) {
2184                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2185                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2186                 if (pcp->high > high_min)
2187                         todo++;
2188         }
2189
2190         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2191         if (to_drain > 0) {
2192                 spin_lock(&pcp->lock);
2193                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2194                 spin_unlock(&pcp->lock);
2195                 todo++;
2196         }
2197
2198         return todo;
2199 }
2200
2201 #ifdef CONFIG_NUMA
2202 /*
2203  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2204  * currently executing processor on remote nodes after they have
2205  * expired.
2206  */
2207 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2208 {
2209         int to_drain, batch;
2210
2211         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2212         to_drain = min(pcp->count, batch);
2213         if (to_drain > 0) {
2214                 spin_lock(&pcp->lock);
2215                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2216                 spin_unlock(&pcp->lock);
2217         }
2218 }
2219 #endif
2220
2221 /*
2222  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2223  */
2224 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2225 {
2226         struct per_cpu_pages *pcp;
2227
2228         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2229         if (pcp->count) {
2230                 spin_lock(&pcp->lock);
2231                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2232                 spin_unlock(&pcp->lock);
2233         }
2234 }
2235
2236 /*
2237  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2238  */
2239 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2240 {
2241         struct zone *zone;
2242
2243         for_each_populated_zone(zone) {
2244                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2245         }
2246 }
2247
2248 /*
2249  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2250  */
2251 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2252 {
2253         int cpu = smp_processor_id();
2254
2255         if (zone)
2256                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2257         else
2258                 drain_pages(cpu);
2259 }
2260
2261 /*
2262  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2263  * drain on all cpus.
2264  *
2265  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2266  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2267  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2268  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2269  * optimizing racy check.
2270  */
2271 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2272 {
2273         int cpu;
2274
2275         /*
2276          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2277          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2278          */
2279         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2280
2281         /*
2282          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2283          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2284          * the drain to be complete when the call returns.
2285          */
2286         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2287                 if (!zone)
2288                         return;
2289                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2290         }
2291
2292         /*
2293          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2294          * as offline notification will cause the notified
2295          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2296          * disables preemption as part of its processing
2297          */
2298         for_each_online_cpu(cpu) {
2299                 struct per_cpu_pages *pcp;
2300                 struct zone *z;
2301                 bool has_pcps = false;
2302
2303                 if (force_all_cpus) {
2304                         /*
2305                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2306                          * guarantee that no cpu is missed.
2307                          */
2308                         has_pcps = true;
2309                 } else if (zone) {
2310                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2311                         if (pcp->count)
2312                                 has_pcps = true;
2313                 } else {
2314                         for_each_populated_zone(z) {
2315                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2316                                 if (pcp->count) {
2317                                         has_pcps = true;
2318                                         break;
2319                                 }
2320                         }
2321                 }
2322
2323                 if (has_pcps)
2324                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2325                 else
2326                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2327         }
2328
2329         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2330                 if (zone)
2331                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2332                 else
2333                         drain_pages(cpu);
2334         }
2335
2336         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2337 }
2338
2339 /*
2340  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2341  *
2342  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2343  */
2344 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2345 {
2346         __drain_all_pages(zone, false);
2347 }
2348
2349 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2350                                                         unsigned int order)
2351 {
2352         int migratetype;
2353
2354         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2355                 return false;
2356
2357         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2358         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2359         return true;
2360 }
2361
2362 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2363 {
2364         int min_nr_free, max_nr_free;
2365
2366         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2367         if (unlikely(free_high))
2368                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2369
2370         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2371         if (unlikely(high < batch))
2372                 return 1;
2373
2374         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2375         min_nr_free = batch;
2376         max_nr_free = high - batch;
2377
2378         /*
2379          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2380          * freed pages to reduce zone lock contention.
2381          */
2382         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2383
2384         return batch;
2385 }
2386
2387 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2388                        int batch, bool free_high)
2389 {
2390         int high, high_min, high_max;
2391
2392         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2393         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2394         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2395
2396         if (unlikely(!high))
2397                 return 0;
2398
2399         if (unlikely(free_high)) {
2400                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2401                                 high_min);
2402                 return 0;
2403         }
2404
2405         /*
2406          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2407          * stored on pcp lists
2408          */
2409         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2410                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2411
2412                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2413                 return min(batch << 2, pcp->high);
2414         }
2415
2416         if (high_min == high_max)
2417                 return high;
2418
2419         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2420                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2421
2422                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2423                 high = max(pcp->count, high_min);
2424         } else if (pcp->count >= high) {
2425                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2426
2427                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2428                 if (pcp->high < need_high)
2429                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2430         }
2431
2432         return high;
2433 }
2434
2435 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2436                                    struct page *page, int migratetype,
2437                                    unsigned int order)
2438 {
2439         int high, batch;
2440         int pindex;
2441         bool free_high = false;
2442
2443         /*
2444          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2445          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2446          * allocations.
2447          */
2448         pcp->alloc_factor >>= 1;
2449         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2450         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2451         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2452         pcp->count += 1 << order;
2453
2454         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2455         /*
2456          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2457          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2458          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2459          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2460          */
2461         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2462                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2463                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2464                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2465                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2466                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2467         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2468                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2469         }
2470         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2471                 pcp->free_count += (1 << order);
2472         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2473         if (pcp->count >= high) {
2474                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2475                                    pcp, pindex);
2476                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2477                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2478                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2479                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2480         }
2481 }
2482
2483 /*
2484  * Free a pcp page
2485  */
2486 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2487 {
2488         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2489         struct per_cpu_pages *pcp;
2490         struct zone *zone;
2491         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2492         int migratetype, pcpmigratetype;
2493
2494         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2495                 return;
2496
2497         /*
2498          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2499          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2500          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2501          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2502          * excessively into the page allocator
2503          */
2504         migratetype = pcpmigratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2505         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2506                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2507                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2508                         return;
2509                 }
2510                 pcpmigratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2511         }
2512
2513         zone = page_zone(page);
2514         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2515         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2516         if (pcp) {
2517                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, pcpmigratetype, order);
2518                 pcp_spin_unlock(pcp);
2519         } else {
2520                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2521         }
2522         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2523 }
2524
2525 /*
2526  * Free a list of 0-order pages
2527  */
2528 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2529 {
2530         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2531         struct page *page, *next;
2532         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2533         struct zone *locked_zone = NULL;
2534         int batch_count = 0;
2535         int migratetype;
2536
2537         /* Prepare pages for freeing */
2538         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2539                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2540                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2541                         list_del(&page->lru);
2542                         continue;
2543                 }
2544
2545                 /*
2546                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2547                  * comment in free_unref_page.
2548                  */
2549                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2550                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2551                         list_del(&page->lru);
2552                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2553                         continue;
2554                 }
2555         }
2556
2557         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2558                 struct zone *zone = page_zone(page);
2559
2560                 list_del(&page->lru);
2561                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2562
2563                 /*
2564                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2565                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2566                  * pages.
2567                  */
2568                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2569                         if (pcp) {
2570                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2571                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2572                         }
2573
2574                         batch_count = 0;
2575
2576                         /*
2577                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2578                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2579                          */
2580                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2581                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2582                         if (unlikely(!pcp)) {
2583                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2584                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2585                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2586                                 locked_zone = NULL;
2587                                 continue;
2588                         }
2589                         locked_zone = zone;
2590                 }
2591
2592                 /*
2593                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2594                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2595                  */
2596                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2597                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2598
2599                 trace_mm_page_free_batched(page);
2600                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2601                 batch_count++;
2602         }
2603
2604         if (pcp) {
2605                 pcp_spin_unlock(pcp);
2606                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2607         }
2608 }
2609
2610 /*
2611  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2612  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2613  * Each sub-page must be freed individually.
2614  *
2615  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2616  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2617  */
2618 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2619 {
2620         int i;
2621
2622         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2623         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2624
2625         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2626                 set_page_refcounted(page + i);
2627         split_page_owner(page, 1 << order);
2628         split_page_memcg(page, 1 << order);
2629 }
2630 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2631
2632 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2633 {
2634         struct zone *zone = page_zone(page);
2635         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2636
2637         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2638                 unsigned long watermark;
2639                 /*
2640                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2641                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2642                  * watermark, because we already know our high-order page
2643                  * exists.
2644                  */
2645                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2646                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2647                         return 0;
2648
2649                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2650         }
2651
2652         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2653
2654         /*
2655          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2656          * pageblock
2657          */
2658         if (order >= pageblock_order - 1) {
2659                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2660                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2661                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2662                         /*
2663                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2664                          * with others)
2665                          */
2666                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2667                                 set_pageblock_migratetype(page,
2668                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2669                 }
2670         }
2671
2672         return 1UL << order;
2673 }
2674
2675 /**
2676  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2677  * @page: Page that was isolated
2678  * @order: Order of the isolated page
2679  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2680  *
2681  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2682  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2683  */
2684 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2685 {
2686         struct zone *zone = page_zone(page);
2687
2688         /* zone lock should be held when this function is called */
2689         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2690
2691         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2692         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2693                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2694 }
2695
2696 /*
2697  * Update NUMA hit/miss statistics
2698  */
2699 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2700                                    long nr_account)
2701 {
2702 #ifdef CONFIG_NUMA
2703         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2704
2705         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2706         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2707                 return;
2708
2709         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2710                 local_stat = NUMA_OTHER;
2711
2712         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2713                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2714         else {
2715                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2716                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2717         }
2718         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2719 #endif
2720 }
2721
2722 static __always_inline
2723 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2724                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2725                            int migratetype)
2726 {
2727         struct page *page;
2728         unsigned long flags;
2729
2730         do {
2731                 page = NULL;
2732                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2733                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2734                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2735                 if (!page) {
2736                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2737
2738                         /*
2739                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2740                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2741                          * failing a high-order atomic allocation in the
2742                          * future.
2743                          */
2744                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2745                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2746
2747                         if (!page) {
2748                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2749                                 return NULL;
2750                         }
2751                 }
2752                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2753                                           get_pcppage_migratetype(page));
2754                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2755         } while (check_new_pages(page, order));
2756
2757         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2758         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2759
2760         return page;
2761 }
2762
2763 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2764 {
2765         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2766         int high_max, high_min;
2767
2768         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2769         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2770         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2771         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2772
2773         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2774         if (unlikely(high < base_batch))
2775                 return 1;
2776
2777         if (order)
2778                 batch = base_batch;
2779         else
2780                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2781
2782         /*
2783          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2784          * zone.
2785          */
2786         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2787                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2788
2789         if (!order) {
2790                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2791                 /*
2792                  * Double the number of pages allocated each time there is
2793                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2794                  */
2795                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2796                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2797                         pcp->alloc_factor++;
2798                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2799         }
2800
2801         /*
2802          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2803          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2804          * for boot pagesets which should never store free pages as
2805          * the pages may belong to arbitrary zones.
2806          */
2807         if (batch > 1)
2808                 batch = max(batch >> order, 2);
2809
2810         return batch;
2811 }
2812
2813 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2814 static inline
2815 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2816                         int migratetype,
2817                         unsigned int alloc_flags,
2818                         struct per_cpu_pages *pcp,
2819                         struct list_head *list)
2820 {
2821         struct page *page;
2822
2823         do {
2824                 if (list_empty(list)) {
2825                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2826                         int alloced;
2827
2828                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2829                                         batch, list,
2830                                         migratetype, alloc_flags);
2831
2832                         pcp->count += alloced << order;
2833                         if (unlikely(list_empty(list)))
2834                                 return NULL;
2835                 }
2836
2837                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2838                 list_del(&page->pcp_list);
2839                 pcp->count -= 1 << order;
2840         } while (check_new_pages(page, order));
2841
2842         return page;
2843 }
2844
2845 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2846 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2847                         struct zone *zone, unsigned int order,
2848                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2849 {
2850         struct per_cpu_pages *pcp;
2851         struct list_head *list;
2852         struct page *page;
2853         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2854
2855         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2856         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2857         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2858         if (!pcp) {
2859                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2860                 return NULL;
2861         }
2862
2863         /*
2864          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2865          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2866          * frees.
2867          */
2868         pcp->free_count >>= 1;
2869         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2870         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2871         pcp_spin_unlock(pcp);
2872         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2873         if (page) {
2874                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2875                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2876         }
2877         return page;
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Allocate a page from the given zone.
2882  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2883  */
2884
2885 /*
2886  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2887  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2888  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2889  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2890  */
2891 __no_sanitize_memory
2892 static inline
2893 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2894                         struct zone *zone, unsigned int order,
2895                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2896                         int migratetype)
2897 {
2898         struct page *page;
2899
2900         /*
2901          * We most definitely don't want callers attempting to
2902          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2903          */
2904         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2905
2906         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2907                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2908                                        migratetype, alloc_flags);
2909                 if (likely(page))
2910                         goto out;
2911         }
2912
2913         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2914                                                         migratetype);
2915
2916 out:
2917         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2918         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2919             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2920                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2921                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2922         }
2923
2924         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2925         return page;
2926 }
2927
2928 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2929 {
2930         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2931 }
2932 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2933
2934 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2935                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2936 {
2937         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2938
2939         /*
2940          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2941          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2942          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2943          */
2944         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2945                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2946
2947 #ifdef CONFIG_CMA
2948         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2949         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2950                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2951 #endif
2952 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2953         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2954 #endif
2955
2956         return unusable_free;
2957 }
2958
2959 /*
2960  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2961  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2962  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2963  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2964  */
2965 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2966                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2967                          long free_pages)
2968 {
2969         long min = mark;
2970         int o;
2971
2972         /* free_pages may go negative - that's OK */
2973         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2974
2975         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2976                 /*
2977                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2978                  * as OOM.
2979                  */
2980                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2981                         min -= min / 2;
2982
2983                         /*
2984                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2985                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2986                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2987                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2988                          * access to the min reserve.
2989                          */
2990                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2991                                 min -= min / 4;
2992                 }
2993
2994                 /*
2995                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2996                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2997                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2998                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2999                  */
3000                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3001                         min -= min / 2;
3002         }
3003
3004         /*
3005          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3006          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3007          * even if a suitable page happened to be free.
3008          */
3009         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3010                 return false;
3011
3012         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3013         if (!order)
3014                 return true;
3015
3016         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3017         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
3018                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3019                 int mt;
3020
3021                 if (!area->nr_free)
3022                         continue;
3023
3024                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3025                         if (!free_area_empty(area, mt))
3026                                 return true;
3027                 }
3028
3029 #ifdef CONFIG_CMA
3030                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3031                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3032                         return true;
3033                 }
3034 #endif
3035                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3036                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3037                         return true;
3038                 }
3039         }
3040         return false;
3041 }
3042
3043 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3044                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3045 {
3046         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3047                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3048 }
3049
3050 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3051                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3052                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3053 {
3054         long free_pages;
3055
3056         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3057
3058         /*
3059          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3060          * need to be calculated.
3061          */
3062         if (!order) {
3063                 long usable_free;
3064                 long reserved;
3065
3066                 usable_free = free_pages;
3067                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3068
3069                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3070                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3071                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3072                         return true;
3073         }
3074
3075         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3076                                         free_pages))
3077                 return true;
3078
3079         /*
3080          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3081          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3082          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3083          * when below the low watermark.
3084          */
3085         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3086                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3087                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3088                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3089                                         alloc_flags, free_pages);
3090         }
3091
3092         return false;
3093 }
3094
3095 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3096                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3097 {
3098         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3099
3100         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3101                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3102
3103         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3104                                                                 free_pages);
3105 }
3106
3107 #ifdef CONFIG_NUMA
3108 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3109
3110 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3111 {
3112         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3113                                 node_reclaim_distance;
3114 }
3115 #else   /* CONFIG_NUMA */
3116 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3117 {
3118         return true;
3119 }
3120 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3121
3122 /*
3123  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3124  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3125  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3126  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3127  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3128  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3129  */
3130 static inline unsigned int
3131 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3132 {
3133         unsigned int alloc_flags;
3134
3135         /*
3136          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3137          * to save a branch.
3138          */
3139         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3140
3141 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3142         if (!zone)
3143                 return alloc_flags;
3144
3145         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3146                 return alloc_flags;
3147
3148         /*
3149          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3150          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3151          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3152          */
3153         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3154         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3155                 return alloc_flags;
3156
3157         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3158 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3159         return alloc_flags;
3160 }
3161
3162 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3163 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3164                                                   unsigned int alloc_flags)
3165 {
3166 #ifdef CONFIG_CMA
3167         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3168                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3169 #endif
3170         return alloc_flags;
3171 }
3172
3173 /*
3174  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3175  * a page.
3176  */
3177 static struct page *
3178 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3179                                                 const struct alloc_context *ac)
3180 {
3181         struct zoneref *z;
3182         struct zone *zone;
3183         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3184         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3185         bool no_fallback;
3186
3187 retry:
3188         /*
3189          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3190          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3191          */
3192         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3193         z = ac->preferred_zoneref;
3194         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3195                                         ac->nodemask) {
3196                 struct page *page;
3197                 unsigned long mark;
3198
3199                 if (cpusets_enabled() &&
3200                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3201                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3202                                 continue;
3203                 /*
3204                  * When allocating a page cache page for writing, we
3205                  * want to get it from a node that is within its dirty
3206                  * limit, such that no single node holds more than its
3207                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3208                  * The dirty limits take into account the node's
3209                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3210                  * should be able to balance it without having to
3211                  * write pages from its LRU list.
3212                  *
3213                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3214                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3215                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3216                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3217                  * nodes are together not big enough to reach the
3218                  * global limit.  The proper fix for these situations
3219                  * will require awareness of nodes in the
3220                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3221                  */
3222                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3223                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3224                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3225                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3226                         }
3227
3228                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3229                                 continue;
3230                 }
3231
3232                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3233                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3234                         int local_nid;
3235
3236                         /*
3237                          * If moving to a remote node, retry but allow
3238                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3239                          * than fragmentation avoidance.
3240                          */
3241                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3242                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3243                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3244                                 goto retry;
3245                         }
3246                 }
3247
3248                 /*
3249                  * Detect whether the number of free pages is below high
3250                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3251                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3252                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3253                  * avoid to do that in hotter free path.
3254                  */
3255                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3256                         goto check_alloc_wmark;
3257
3258                 mark = high_wmark_pages(zone);
3259                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3260                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3261                                         gfp_mask))
3262                         goto try_this_zone;
3263                 else
3264                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3265
3266 check_alloc_wmark:
3267                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3268                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3269                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3270                                        gfp_mask)) {
3271                         int ret;
3272
3273                         if (has_unaccepted_memory()) {
3274                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3275                                         goto try_this_zone;
3276                         }
3277
3278 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3279                         /*
3280                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3281                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3282                          */
3283                         if (deferred_pages_enabled()) {
3284                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3285                                         goto try_this_zone;
3286                         }
3287 #endif
3288                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3289                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3290                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3291                                 goto try_this_zone;
3292
3293                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3294                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3295                                 continue;
3296
3297                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3298                         switch (ret) {
3299                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3300                                 /* did not scan */
3301                                 continue;
3302                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3303                                 /* scanned but unreclaimable */
3304                                 continue;
3305                         default:
3306                                 /* did we reclaim enough */
3307                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3308                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3309                                         goto try_this_zone;
3310
3311                                 continue;
3312                         }
3313                 }
3314
3315 try_this_zone:
3316                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3317                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3318                 if (page) {
3319                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3320
3321                         /*
3322                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3323                          * if the pageblock should be reserved for the future
3324                          */
3325                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3326                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3327
3328                         return page;
3329                 } else {
3330                         if (has_unaccepted_memory()) {
3331                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3332                                         goto try_this_zone;
3333                         }
3334
3335 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3336                         /* Try again if zone has deferred pages */
3337                         if (deferred_pages_enabled()) {
3338                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3339                                         goto try_this_zone;
3340                         }
3341 #endif
3342                 }
3343         }
3344
3345         /*
3346          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3347          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3348          */
3349         if (no_fallback) {
3350                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3351                 goto retry;
3352         }
3353
3354         return NULL;
3355 }
3356
3357 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3358 {
3359         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3360
3361         /*
3362          * This documents exceptions given to allocations in certain
3363          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3364          * of allowed nodes.
3365          */
3366         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3367                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3368                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3369                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3370         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3371                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3372
3373         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3374 }
3375
3376 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3377 {
3378         struct va_format vaf;
3379         va_list args;
3380         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3381
3382         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3383              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3384              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3385                 return;
3386
3387         va_start(args, fmt);
3388         vaf.fmt = fmt;
3389         vaf.va = &args;
3390         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3391                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3392                         nodemask_pr_args(nodemask));
3393         va_end(args);
3394
3395         cpuset_print_current_mems_allowed();
3396         pr_cont("\n");
3397         dump_stack();
3398         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3399 }
3400
3401 static inline struct page *
3402 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3403                               unsigned int alloc_flags,
3404                               const struct alloc_context *ac)
3405 {
3406         struct page *page;
3407
3408         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3409                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3410         /*
3411          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3412          * are depleted
3413          */
3414         if (!page)
3415                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3416                                 alloc_flags, ac);
3417
3418         return page;
3419 }
3420
3421 static inline struct page *
3422 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3423         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3424 {
3425         struct oom_control oc = {
3426                 .zonelist = ac->zonelist,
3427                 .nodemask = ac->nodemask,
3428                 .memcg = NULL,
3429                 .gfp_mask = gfp_mask,
3430                 .order = order,
3431         };
3432         struct page *page;
3433
3434         *did_some_progress = 0;
3435
3436         /*
3437          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3438          * making progress for us.
3439          */
3440         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3441                 *did_some_progress = 1;
3442                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3443                 return NULL;
3444         }
3445
3446         /*
3447          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3448          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3449          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3450          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3451          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3452          */
3453         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3454                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3455                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3456         if (page)
3457                 goto out;
3458
3459         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3460         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3461                 goto out;
3462         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3463         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3464                 goto out;
3465         /*
3466          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3467          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3468          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3469          * fallback than shooting a random task.
3470          *
3471          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3472          */
3473         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3474                 goto out;
3475         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3476         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3477                 goto out;
3478         if (pm_suspended_storage())
3479                 goto out;
3480         /*
3481          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3482          * other request to make a forward progress.
3483          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3484          * do much for this context but let's try it to at least get
3485          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3486          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3487          * failures more gracefully we should just bail out here.
3488          */
3489
3490         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3491         if (out_of_memory(&oc) ||
3492             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3493                 *did_some_progress = 1;
3494
3495                 /*
3496                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3497                  * reserves
3498                  */
3499                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3500                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3501                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3502         }
3503 out:
3504         mutex_unlock(&oom_lock);
3505         return page;
3506 }
3507
3508 /*
3509  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3510  * killer is consider as the only way to move forward.
3511  */
3512 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3513
3514 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3515 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3516 static struct page *
3517 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3518                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3519                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3520 {
3521         struct page *page = NULL;
3522         unsigned long pflags;
3523         unsigned int noreclaim_flag;
3524
3525         if (!order)
3526                 return NULL;
3527
3528         psi_memstall_enter(&pflags);
3529         delayacct_compact_start();
3530         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3531
3532         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3533                                                                 prio, &page);
3534
3535         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3536         psi_memstall_leave(&pflags);
3537         delayacct_compact_end();
3538
3539         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3540                 return NULL;
3541         /*
3542          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3543          * count a compaction stall
3544          */
3545         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3546
3547         /* Prep a captured page if available */
3548         if (page)
3549                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3550
3551         /* Try get a page from the freelist if available */
3552         if (!page)
3553                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3554
3555         if (page) {
3556                 struct zone *zone = page_zone(page);
3557
3558                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3559                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3560                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3561                 return page;
3562         }
3563
3564         /*
3565          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3566          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3567          */
3568         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3569
3570         cond_resched();
3571
3572         return NULL;
3573 }
3574
3575 static inline bool
3576 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3577                      enum compact_result compact_result,
3578                      enum compact_priority *compact_priority,
3579                      int *compaction_retries)
3580 {
3581         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3582         int min_priority;
3583         bool ret = false;
3584         int retries = *compaction_retries;
3585         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3586
3587         if (!order)
3588                 return false;
3589
3590         if (fatal_signal_pending(current))
3591                 return false;
3592
3593         /*
3594          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3595          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3596          */
3597         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3598                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3599                 goto out;
3600         }
3601
3602         /*
3603          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3604          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3605          */
3606         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3607                 /*
3608                  * !costly requests are much more important than
3609                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3610                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3611                  * costly can fail and users are ready to cope with
3612                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3613                  * need much more detailed feedback from compaction to
3614                  * make a better decision.
3615                  */
3616                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3617                         max_retries /= 4;
3618
3619                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3620                         ret = true;
3621                         goto out;
3622                 }
3623         }
3624
3625         /*
3626          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3627          */
3628         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3629                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3630
3631         if (*compact_priority > min_priority) {
3632                 (*compact_priority)--;
3633                 *compaction_retries = 0;
3634                 ret = true;
3635         }
3636 out:
3637         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3638         return ret;
3639 }
3640 #else
3641 static inline struct page *
3642 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3643                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3644                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3645 {
3646         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3647         return NULL;
3648 }
3649
3650 static inline bool
3651 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3652                      enum compact_result compact_result,
3653                      enum compact_priority *compact_priority,
3654                      int *compaction_retries)
3655 {
3656         struct zone *zone;
3657         struct zoneref *z;
3658
3659         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3660                 return false;
3661
3662         /*
3663          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3664          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3665          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3666          * watermarks are OK.
3667          */
3668         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3669                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3670                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3671                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3672                         return true;
3673         }
3674         return false;
3675 }
3676 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3677
3678 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3679 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3680         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3681
3682 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3683 {
3684         /* no reclaim without waiting on it */
3685         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3686                 return false;
3687
3688         /* this guy won't enter reclaim */
3689         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3690                 return false;
3691
3692         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3693                 return false;
3694
3695         return true;
3696 }
3697
3698 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3699 {
3700         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3701 }
3702
3703 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3704 {
3705         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3706 }
3707
3708 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3709 {
3710         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3711
3712         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3713                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3714                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3715
3716 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3717                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3718                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3719 #endif
3720
3721         }
3722 }
3723 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3724
3725 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3726 {
3727         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3728
3729         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3730                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3731                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3732         }
3733 }
3734 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3735 #endif
3736
3737 /*
3738  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3739  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3740  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3741  * embedded spin_lock.
3742  */
3743 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3744
3745 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3746 {
3747         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3748                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3749
3750         return 0;
3751 }
3752
3753 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3754 {
3755         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3756                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3757
3758         return seq;
3759 }
3760
3761 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3762 static unsigned long
3763 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3764                                         const struct alloc_context *ac)
3765 {
3766         unsigned int noreclaim_flag;
3767         unsigned long progress;
3768
3769         cond_resched();
3770
3771         /* We now go into synchronous reclaim */
3772         cpuset_memory_pressure_bump();
3773         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3774         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3775
3776         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3777                                                                 ac->nodemask);
3778
3779         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3780         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3781
3782         cond_resched();
3783
3784         return progress;
3785 }
3786
3787 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3788 static inline struct page *
3789 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3790                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3791                 unsigned long *did_some_progress)
3792 {
3793         struct page *page = NULL;
3794         unsigned long pflags;
3795         bool drained = false;
3796
3797         psi_memstall_enter(&pflags);
3798         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3799         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3800                 goto out;
3801
3802 retry:
3803         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3804
3805         /*
3806          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3807          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3808          * Shrink them and try again
3809          */
3810         if (!page && !drained) {
3811                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3812                 drain_all_pages(NULL);
3813                 drained = true;
3814                 goto retry;
3815         }
3816 out:
3817         psi_memstall_leave(&pflags);
3818
3819         return page;
3820 }
3821
3822 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3823                              const struct alloc_context *ac)
3824 {
3825         struct zoneref *z;
3826         struct zone *zone;
3827         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3828         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3829
3830         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3831                                         ac->nodemask) {
3832                 if (!managed_zone(zone))
3833                         continue;
3834                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3835                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3836                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3837                 }
3838         }
3839 }
3840
3841 static inline unsigned int
3842 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3843 {
3844         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3845
3846         /*
3847          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3848          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3849          * to save two branches.
3850          */
3851         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3852         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3853
3854         /*
3855          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3856          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3857          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3858          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3859          */
3860         alloc_flags |= (__force int)
3861                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3862
3863         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3864                 /*
3865                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3866                  * if it can't schedule.
3867                  */
3868                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3869                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3870
3871                         if (order > 0)
3872                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3873                 }
3874
3875                 /*
3876                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3877                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3878                  * cpuset_node_allowed().
3879                  */
3880                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3881                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3882         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3883                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3884
3885         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3886
3887         return alloc_flags;
3888 }
3889
3890 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3891 {
3892         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3893                 return false;
3894
3895         /*
3896          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3897          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3898          */
3899         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3900                 return false;
3901
3902         return true;
3903 }
3904
3905 /*
3906  * Distinguish requests which really need access to full memory
3907  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3908  */
3909 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3910 {
3911         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3912                 return 0;
3913         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3914                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3915         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3916                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3917         if (!in_interrupt()) {
3918                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3919                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3920                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3921                         return ALLOC_OOM;
3922         }
3923
3924         return 0;
3925 }
3926
3927 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3928 {
3929         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3930 }
3931
3932 /*
3933  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3934  * for the given allocation request.
3935  *
3936  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3937  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3938  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3939  *
3940  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3941  */
3942 static inline bool
3943 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3944                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3945                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3946 {
3947         struct zone *zone;
3948         struct zoneref *z;
3949         bool ret = false;
3950
3951         /*
3952          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3953          * their order will become available due to high fragmentation so
3954          * always increment the no progress counter for them
3955          */
3956         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3957                 *no_progress_loops = 0;
3958         else
3959                 (*no_progress_loops)++;
3960
3961         /*
3962          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3963          * several times in the row.
3964          */
3965         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3966                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3967                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3968         }
3969
3970         /*
3971          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3972          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3973          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3974          * screwed and have to go OOM.
3975          */
3976         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3977                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3978                 unsigned long available;
3979                 unsigned long reclaimable;
3980                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3981                 bool wmark;
3982
3983                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3984                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3985
3986                 /*
3987                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3988                  * reclaimable pages?
3989                  */
3990                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3991                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3992                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3993                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3994                 if (wmark) {
3995                         ret = true;
3996                         break;
3997                 }
3998         }
3999
4000         /*
4001          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4002          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4003          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4004          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4005          * here rather than calling cond_resched().
4006          */
4007         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4008                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4009         else
4010                 cond_resched();
4011         return ret;
4012 }
4013
4014 static inline bool
4015 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4016 {
4017         /*
4018          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4019          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4020          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4021          * such a way the check therein was true, and then it became false
4022          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4023          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4024          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4025          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4026          * caller can deal with a violated nodemask.
4027          */
4028         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4029                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4030                 ac->nodemask = NULL;
4031                 return true;
4032         }
4033
4034         /*
4035          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4036          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4037          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4038          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4039          * retry.
4040          */
4041         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4042                 return true;
4043
4044         return false;
4045 }
4046
4047 static inline struct page *
4048 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4049                                                 struct alloc_context *ac)
4050 {
4051         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4052         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4053         struct page *page = NULL;
4054         unsigned int alloc_flags;
4055         unsigned long did_some_progress;
4056         enum compact_priority compact_priority;
4057         enum compact_result compact_result;
4058         int compaction_retries;
4059         int no_progress_loops;
4060         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4061         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4062         int reserve_flags;
4063
4064 restart:
4065         compaction_retries = 0;
4066         no_progress_loops = 0;
4067         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4068         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4069         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4070
4071         /*
4072          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4073          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4074          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4075          */
4076         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4077
4078         /*
4079          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4080          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4081          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4082          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4083          */
4084         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4085                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4086         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4087                 goto nopage;
4088
4089         /*
4090          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4091          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4092          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4093          */
4094         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4095                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4096                                         ac->highest_zoneidx,
4097                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4098                 if (!z->zone)
4099                         goto nopage;
4100         }
4101
4102         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4103                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4104
4105         /*
4106          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4107          * that first
4108          */
4109         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4110         if (page)
4111                 goto got_pg;
4112
4113         /*
4114          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4115          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4116          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4117          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4118          * same migratetype.
4119          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4120          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4121          */
4122         if (can_direct_reclaim &&
4123                         (costly_order ||
4124                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4125                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4126                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4127                                                 alloc_flags, ac,
4128                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4129                                                 &compact_result);
4130                 if (page)
4131                         goto got_pg;
4132
4133                 /*
4134                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4135                  * includes some THP page fault allocations
4136                  */
4137                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4138                         /*
4139                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4140                          * failed because all zones are below low watermarks
4141                          * or is prohibited because it recently failed at this
4142                          * order, fail immediately unless the allocator has
4143                          * requested compaction and reclaim retry.
4144                          *
4145                          * Reclaim is
4146                          *  - potentially very expensive because zones are far
4147                          *    below their low watermarks or this is part of very
4148                          *    bursty high order allocations,
4149                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4150                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4151                          *    linear scan, and
4152                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4153                          *    own.
4154                          */
4155                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4156                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4157                                 goto nopage;
4158
4159                         /*
4160                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4161                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4162                          * using async compaction.
4163                          */
4164                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4165                 }
4166         }
4167
4168 retry:
4169         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4170         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4171                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4172
4173         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4174         if (reserve_flags)
4175                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4176                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4177
4178         /*
4179          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4180          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4181          * user oriented.
4182          */
4183         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4184                 ac->nodemask = NULL;
4185                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4186                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4187         }
4188
4189         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4190         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4191         if (page)
4192                 goto got_pg;
4193
4194         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4195         if (!can_direct_reclaim)
4196                 goto nopage;
4197
4198         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4199         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4200                 goto nopage;
4201
4202         /* Try direct reclaim and then allocating */
4203         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4204                                                         &did_some_progress);
4205         if (page)
4206                 goto got_pg;
4207
4208         /* Try direct compaction and then allocating */
4209         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4210                                         compact_priority, &compact_result);
4211         if (page)
4212                 goto got_pg;
4213
4214         /* Do not loop if specifically requested */
4215         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4216                 goto nopage;
4217
4218         /*
4219          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4220          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4221          */
4222         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4223                 goto nopage;
4224
4225         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4226                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4227                 goto retry;
4228
4229         /*
4230          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4231          * reclaim is not able to make any progress because the current
4232          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4233          * of free memory (see __compaction_suitable)
4234          */
4235         if (did_some_progress > 0 &&
4236                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4237                                 compact_result, &compact_priority,
4238                                 &compaction_retries))
4239                 goto retry;
4240
4241
4242         /*
4243          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4244          * a unnecessary OOM kill.
4245          */
4246         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4247             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4248                 goto restart;
4249
4250         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4251         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4252         if (page)
4253                 goto got_pg;
4254
4255         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4256         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4257             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4258              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4259                 goto nopage;
4260
4261         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4262         if (did_some_progress) {
4263                 no_progress_loops = 0;
4264                 goto retry;
4265         }
4266
4267 nopage:
4268         /*
4269          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4270          * a unnecessary OOM kill.
4271          */
4272         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4273             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4274                 goto restart;
4275
4276         /*
4277          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4278          * we always retry
4279          */
4280         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4281                 /*
4282                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4283                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4284                  */
4285                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4286                         goto fail;
4287
4288                 /*
4289                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4290                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4291                  * for somebody to do a work for us
4292                  */
4293                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4294
4295                 /*
4296                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4297                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4298                  * so that we can identify them and convert them to something
4299                  * else.
4300                  */
4301                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4302
4303                 /*
4304                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4305                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4306                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4307                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4308                  * the situation worse.
4309                  */
4310                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4311                 if (page)
4312                         goto got_pg;
4313
4314                 cond_resched();
4315                 goto retry;
4316         }
4317 fail:
4318         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4319                         "page allocation failure: order:%u", order);
4320 got_pg:
4321         return page;
4322 }
4323
4324 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4325                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4326                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4327                 unsigned int *alloc_flags)
4328 {
4329         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4330         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4331         ac->nodemask = nodemask;
4332         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4333
4334         if (cpusets_enabled()) {
4335                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4336                 /*
4337                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4338                  * to the current task context. It means that any node ok.
4339                  */
4340                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4341                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4342                 else
4343                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4344         }
4345
4346         might_alloc(gfp_mask);
4347
4348         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4349                 return false;
4350
4351         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4352
4353         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4354         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4355
4356         /*
4357          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4358          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4359          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4360          */
4361         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4362                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4363
4364         return true;
4365 }
4366
4367 /*
4368  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4369  * @gfp: GFP flags for the allocation
4370  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4371  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4372  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4373  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4374  * @page_array: Optional array to store the pages
4375  *
4376  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4377  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4378  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4379  *
4380  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4381  *
4382  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4383  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4384  *
4385  * Returns the number of pages on the list or array.
4386  */
4387 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4388                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4389                         struct list_head *page_list,
4390                         struct page **page_array)
4391 {
4392         struct page *page;
4393         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4394         struct zone *zone;
4395         struct zoneref *z;
4396         struct per_cpu_pages *pcp;
4397         struct list_head *pcp_list;
4398         struct alloc_context ac;
4399         gfp_t alloc_gfp;
4400         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4401         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4402
4403         /*
4404          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4405          * to be allocated before disabling IRQs.
4406          */
4407         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4408                 nr_populated++;
4409
4410         /* No pages requested? */
4411         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4412                 goto out;
4413
4414         /* Already populated array? */
4415         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4416                 goto out;
4417
4418         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4419         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4420                 goto failed;
4421
4422         /* Use the single page allocator for one page. */
4423         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4424                 goto failed;
4425
4426 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4427         /*
4428          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4429          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4430          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4431          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4432          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4433          */
4434         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4435                 goto failed;
4436 #endif
4437
4438         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4439         gfp &= gfp_allowed_mask;
4440         alloc_gfp = gfp;
4441         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4442                 goto out;
4443         gfp = alloc_gfp;
4444
4445         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4446         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4447                 unsigned long mark;
4448
4449                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4450                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4451                         continue;
4452                 }
4453
4454                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4455                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4456                         goto failed;
4457                 }
4458
4459                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4460                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4461                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4462                                 alloc_flags, gfp)) {
4463                         break;
4464                 }
4465         }
4466
4467         /*
4468          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4469          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4470          */
4471         if (unlikely(!zone))
4472                 goto failed;
4473
4474         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4475         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4476         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4477         if (!pcp)
4478                 goto failed_irq;
4479
4480         /* Attempt the batch allocation */
4481         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4482         while (nr_populated < nr_pages) {
4483
4484                 /* Skip existing pages */
4485                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4486                         nr_populated++;
4487                         continue;
4488                 }
4489
4490                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4491                                                                 pcp, pcp_list);
4492                 if (unlikely(!page)) {
4493                         /* Try and allocate at least one page */
4494                         if (!nr_account) {
4495                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4496                                 goto failed_irq;
4497                         }
4498                         break;
4499                 }
4500                 nr_account++;
4501
4502                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4503                 if (page_list)
4504                         list_add(&page->lru, page_list);
4505                 else
4506                         page_array[nr_populated] = page;
4507                 nr_populated++;
4508         }
4509
4510         pcp_spin_unlock(pcp);
4511         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4512
4513         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4514         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4515
4516 out:
4517         return nr_populated;
4518
4519 failed_irq:
4520         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4521
4522 failed:
4523         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4524         if (page) {
4525                 if (page_list)
4526                         list_add(&page->lru, page_list);
4527                 else
4528                         page_array[nr_populated] = page;
4529                 nr_populated++;
4530         }
4531
4532         goto out;
4533 }
4534 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4535
4536 /*
4537  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4538  */
4539 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4540                                                         nodemask_t *nodemask)
4541 {
4542         struct page *page;
4543         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4544         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4545         struct alloc_context ac = { };
4546
4547         /*
4548          * There are several places where we assume that the order value is sane
4549          * so bail out early if the request is out of bound.
4550          */
4551         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4552                 return NULL;
4553
4554         gfp &= gfp_allowed_mask;
4555         /*
4556          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4557          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4558          * from a particular context which has been marked by
4559          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4560          * movable zones are not used during allocation.
4561          */
4562         gfp = current_gfp_context(gfp);
4563         alloc_gfp = gfp;
4564         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4565                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4566                 return NULL;
4567
4568         /*
4569          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4570          * memory until all local zones are considered.
4571          */
4572         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4573
4574         /* First allocation attempt */
4575         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4576         if (likely(page))
4577                 goto out;
4578
4579         alloc_gfp = gfp;
4580         ac.spread_dirty_pages = false;
4581
4582         /*
4583          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4584          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4585          */
4586         ac.nodemask = nodemask;
4587
4588         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4589
4590 out:
4591         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4592             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4593                 __free_pages(page, order);
4594                 page = NULL;
4595         }
4596
4597         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4598         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4599
4600         return page;
4601 }
4602 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4603
4604 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4605                 nodemask_t *nodemask)
4606 {
4607         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4608                                         preferred_nid, nodemask);
4609         return page_rmappable_folio(page);
4610 }
4611 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4612
4613 /*
4614  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4615  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4616  * you need to access high mem.
4617  */
4618 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4619 {
4620         struct page *page;
4621
4622         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4623         if (!page)
4624                 return 0;
4625         return (unsigned long) page_address(page);
4626 }
4627 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4628
4629 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4630 {
4631         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4632 }
4633 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4634
4635 /**
4636  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4637  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4638  * @order: The order of the allocation.
4639  *
4640  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4641  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4642  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4643  * than was allocated will probably emit a warning.
4644  *
4645  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4646  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4647  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4648  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4649  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4650  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4651  *
4652  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4653  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4654  */
4655 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4656 {
4657         /* get PageHead before we drop reference */
4658         int head = PageHead(page);
4659
4660         if (put_page_testzero(page))
4661                 free_the_page(page, order);
4662         else if (!head)
4663                 while (order-- > 0)
4664                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4665 }
4666 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4667
4668 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4669 {
4670         if (addr != 0) {
4671                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4672                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4673         }
4674 }
4675
4676 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4677
4678 /*
4679  * Page Fragment:
4680  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4681  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4682  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4683  *
4684  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4685  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4686  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4687  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4688  */
4689 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4690                                              gfp_t gfp_mask)
4691 {
4692         struct page *page = NULL;
4693         gfp_t gfp = gfp_mask;
4694
4695 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4696         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4697                     __GFP_NOMEMALLOC;
4698         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4699                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4700         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4701 #endif
4702         if (unlikely(!page))
4703                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4704
4705         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4706
4707         return page;
4708 }
4709
4710 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4711 {
4712         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4713
4714         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4715                 free_the_page(page, compound_order(page));
4716 }
4717 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4718
4719 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4720                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4721                       unsigned int align_mask)
4722 {
4723         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4724         struct page *page;
4725         int offset;
4726
4727         if (unlikely(!nc->va)) {
4728 refill:
4729                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4730                 if (!page)
4731                         return NULL;
4732
4733 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4734                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4735                 size = nc->size;
4736 #endif
4737                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4738                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4739                  */
4740                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4741
4742                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4743                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4744                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4745                 nc->offset = size;
4746         }
4747
4748         offset = nc->offset - fragsz;
4749         if (unlikely(offset < 0)) {
4750                 page = virt_to_page(nc->va);
4751
4752                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4753                         goto refill;
4754
4755                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4756                         free_the_page(page, compound_order(page));
4757                         goto refill;
4758                 }
4759
4760 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4761                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4762                 size = nc->size;
4763 #endif
4764                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4765                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4766
4767                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4768                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4769                 offset = size - fragsz;
4770                 if (unlikely(offset < 0)) {
4771                         /*
4772                          * The caller is trying to allocate a fragment
4773                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4774                          * enough to satisfy the request, this may
4775                          * happen in low memory conditions.
4776                          * We don't release the cache page because
4777                          * it could make memory pressure worse
4778                          * so we simply return NULL here.
4779                          */
4780                         return NULL;
4781                 }
4782         }
4783
4784         nc->pagecnt_bias--;
4785         offset &= align_mask;
4786         nc->offset = offset;
4787
4788         return nc->va + offset;
4789 }
4790 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4791
4792 /*
4793  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4794  */
4795 void page_frag_free(void *addr)
4796 {
4797         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4798
4799         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4800                 free_the_page(page, compound_order(page));
4801 }
4802 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4803
4804 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4805                 size_t size)
4806 {
4807         if (addr) {
4808                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4809                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4810                 struct page *last = page + nr;
4811
4812                 split_page_owner(page, 1 << order);
4813                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4814                 while (page < --last)
4815                         set_page_refcounted(last);
4816
4817                 last = page + (1UL << order);
4818                 for (page += nr; page < last; page++)
4819                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4820         }
4821         return (void *)addr;
4822 }
4823
4824 /**
4825  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4826  * @size: the number of bytes to allocate
4827  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4828  *
4829  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4830  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4831  * allocate memory in power-of-two pages.
4832  *
4833  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4834  *
4835  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4836  *
4837  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4838  */
4839 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4840 {
4841         unsigned int order = get_order(size);
4842         unsigned long addr;
4843
4844         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4845                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4846
4847         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4848         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4849 }
4850 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4851
4852 /**
4853  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4854  *                         pages on a node.
4855  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4856  * @size: the number of bytes to allocate
4857  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4858  *
4859  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4860  * back.
4861  *
4862  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4863  */
4864 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4865 {
4866         unsigned int order = get_order(size);
4867         struct page *p;
4868
4869         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4870                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4871
4872         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4873         if (!p)
4874                 return NULL;
4875         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4876 }
4877
4878 /**
4879  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4880  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4881  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4882  *
4883  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4884  */
4885 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4886 {
4887         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4888         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4889
4890         while (addr < end) {
4891                 free_page(addr);
4892                 addr += PAGE_SIZE;
4893         }
4894 }
4895 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4896
4897 /**
4898  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4899  * @offset: The zone index of the highest zone
4900  *
4901  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4902  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4903  * zone, the number of pages is calculated as:
4904  *
4905  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4906  *
4907  * Return: number of pages beyond high watermark.
4908  */
4909 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4910 {
4911         struct zoneref *z;
4912         struct zone *zone;
4913
4914         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4915         unsigned long sum = 0;
4916
4917         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4918
4919         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4920                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4921                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4922                 if (size > high)
4923                         sum += size - high;
4924         }
4925
4926         return sum;
4927 }
4928
4929 /**
4930  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4931  *
4932  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4933  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4934  *
4935  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4936  * ZONE_NORMAL.
4937  */
4938 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4939 {
4940         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4941 }
4942 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4943
4944 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4945 {
4946         zoneref->zone = zone;
4947         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4948 }
4949
4950 /*
4951  * Builds allocation fallback zone lists.
4952  *
4953  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4954  */
4955 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4956 {
4957         struct zone *zone;
4958         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4959         int nr_zones = 0;
4960
4961         do {
4962                 zone_type--;
4963                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4964                 if (populated_zone(zone)) {
4965                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4966                         check_highest_zone(zone_type);
4967                 }
4968         } while (zone_type);
4969
4970         return nr_zones;
4971 }
4972
4973 #ifdef CONFIG_NUMA
4974
4975 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4976 {
4977         /*
4978          * We used to support different zonelists modes but they turned
4979          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4980          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4981          * not fail it silently
4982          */
4983         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4984                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4985                 return -EINVAL;
4986         }
4987         return 0;
4988 }
4989
4990 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4991 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4992 /*
4993  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4994  */
4995 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4996                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4997 {
4998         if (write)
4999                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5000         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5001 }
5002
5003 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5004
5005 /**
5006  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5007  * @node: node whose fallback list we're appending
5008  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5009  *
5010  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5011  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5012  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5013  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5014  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5015  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5016  * on them otherwise.
5017  *
5018  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5019  */
5020 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5021 {
5022         int n, val;
5023         int min_val = INT_MAX;
5024         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5025
5026         /*
5027          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5028          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5029          */
5030         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5031                 node_set(node, *used_node_mask);
5032                 return node;
5033         }
5034
5035         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5036
5037                 /* Don't want a node to appear more than once */
5038                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5039                         continue;
5040
5041                 /* Use the distance array to find the distance */
5042                 val = node_distance(node, n);
5043
5044                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5045                 val += (n < node);
5046
5047                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5048                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5049                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5050
5051                 /* Slight preference for less loaded node */
5052                 val *= MAX_NUMNODES;
5053                 val += node_load[n];
5054
5055                 if (val < min_val) {
5056                         min_val = val;
5057                         best_node = n;
5058                 }
5059         }
5060
5061         if (best_node >= 0)
5062                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5063
5064         return best_node;
5065 }
5066
5067
5068 /*
5069  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5070  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5071  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5072  */
5073 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5074                 unsigned nr_nodes)
5075 {
5076         struct zoneref *zonerefs;
5077         int i;
5078
5079         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5080
5081         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5082                 int nr_zones;
5083
5084                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5085
5086                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5087                 zonerefs += nr_zones;
5088         }
5089         zonerefs->zone = NULL;
5090         zonerefs->zone_idx = 0;
5091 }
5092
5093 /*
5094  * Build gfp_thisnode zonelists
5095  */
5096 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5097 {
5098         struct zoneref *zonerefs;
5099         int nr_zones;
5100
5101         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5102         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5103         zonerefs += nr_zones;
5104         zonerefs->zone = NULL;
5105         zonerefs->zone_idx = 0;
5106 }
5107
5108 /*
5109  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5110  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5111  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5112  * may still exist in local DMA zone.
5113  */
5114
5115 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5116 {
5117         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5118         int node, nr_nodes = 0;
5119         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5120         int local_node, prev_node;
5121
5122         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5123         local_node = pgdat->node_id;
5124         prev_node = local_node;
5125
5126         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5127         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5128                 /*
5129                  * We don't want to pressure a particular node.
5130                  * So adding penalty to the first node in same
5131                  * distance group to make it round-robin.
5132                  */
5133                 if (node_distance(local_node, node) !=
5134                     node_distance(local_node, prev_node))
5135                         node_load[node] += 1;
5136
5137                 node_order[nr_nodes++] = node;
5138                 prev_node = node;
5139         }
5140
5141         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5142         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5143         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5144         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5145                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5146         pr_cont("\n");
5147 }
5148
5149 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5150 /*
5151  * Return node id of node used for "local" allocations.
5152  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5153  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5154  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5155  */
5156 int local_memory_node(int node)
5157 {
5158         struct zoneref *z;
5159
5160         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5161                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5162                                    NULL);
5163         return zone_to_nid(z->zone);
5164 }
5165 #endif
5166
5167 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5168 static void setup_min_slab_ratio(void);
5169 #else   /* CONFIG_NUMA */
5170
5171 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5172 {
5173         int node, local_node;
5174         struct zoneref *zonerefs;
5175         int nr_zones;
5176
5177         local_node = pgdat->node_id;
5178
5179         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5180         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5181         zonerefs += nr_zones;
5182
5183         /*
5184          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5185          * of all the other nodes.
5186          * We don't want to pressure a particular node, so when
5187          * building the zones for node N, we make sure that the
5188          * zones coming right after the local ones are those from
5189          * node N+1 (modulo N)
5190          */
5191         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5192                 if (!node_online(node))
5193                         continue;
5194                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5195                 zonerefs += nr_zones;
5196         }
5197         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5198                 if (!node_online(node))
5199                         continue;
5200                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5201                 zonerefs += nr_zones;
5202         }
5203
5204         zonerefs->zone = NULL;
5205         zonerefs->zone_idx = 0;
5206 }
5207
5208 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5209
5210 /*
5211  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5212  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5213  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5214  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5215  * with interrupts disabled.
5216  *
5217  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5218  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5219  * hotplugged processors.
5220  *
5221  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5222  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5223  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5224  */
5225 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5226 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5227 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5228 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5229 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5230 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5231
5232 static void __build_all_zonelists(void *data)
5233 {
5234         int nid;
5235         int __maybe_unused cpu;
5236         pg_data_t *self = data;
5237         unsigned long flags;
5238
5239         /*
5240          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5241          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5242          */
5243         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5244         /*
5245          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5246          * trying to hold port->lock, for
5247          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5248          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5249          */
5250         printk_deferred_enter();
5251
5252 #ifdef CONFIG_NUMA
5253         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5254 #endif
5255
5256         /*
5257          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5258          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5259          */
5260         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5261                 build_zonelists(self);
5262         } else {
5263                 /*
5264                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5265                  * in free_area_init
5266                  */
5267                 for_each_node(nid) {
5268                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5269
5270                         build_zonelists(pgdat);
5271                 }
5272
5273 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5274                 /*
5275                  * We now know the "local memory node" for each node--
5276                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5277                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5278                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5279                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5280                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5281                  */
5282                 for_each_online_cpu(cpu)
5283                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5284 #endif
5285         }
5286
5287         printk_deferred_exit();
5288         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5289 }
5290
5291 static noinline void __init
5292 build_all_zonelists_init(void)
5293 {
5294         int cpu;
5295
5296         __build_all_zonelists(NULL);
5297
5298         /*
5299          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5300          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5301          * each zone will be allocated later when the per cpu
5302          * allocator is available.
5303          *
5304          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5305          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5306          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5307          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5308          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5309          * (a chicken-egg dilemma).
5310          */
5311         for_each_possible_cpu(cpu)
5312                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5313
5314         mminit_verify_zonelist();
5315         cpuset_init_current_mems_allowed();
5316 }
5317
5318 /*
5319  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5320  *
5321  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5322  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5323  */
5324 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5325 {
5326         unsigned long vm_total_pages;
5327
5328         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5329                 build_all_zonelists_init();
5330         } else {
5331                 __build_all_zonelists(pgdat);
5332                 /* cpuset refresh routine should be here */
5333         }
5334         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5335         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5336         /*
5337          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5338          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5339          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5340          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5341          * disabled and enable it later
5342          */
5343         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5344                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5345         else
5346                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5347
5348         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5349                 nr_online_nodes,
5350                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5351                 vm_total_pages);
5352 #ifdef CONFIG_NUMA
5353         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5354 #endif
5355 }
5356
5357 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5358 {
5359 #ifdef CONFIG_MMU
5360         int batch;
5361
5362         /*
5363          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5364          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5365          * size is striking a balance between allocation latency
5366          * and zone lock contention.
5367          */
5368         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5369         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5370         if (batch < 1)
5371                 batch = 1;
5372
5373         /*
5374          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5375          * of 2 value was found to be more likely to have
5376          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5377          *
5378          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5379          * batches of pages, one task can end up with a lot
5380          * of pages of one half of the possible page colors
5381          * and the other with pages of the other colors.
5382          */
5383         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5384
5385         return batch;
5386
5387 #else
5388         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5389          * conditions.
5390          *
5391          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5392          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5393          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5394          *
5395          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5396          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5397          * can be a significant delay between the individual batches being
5398          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5399          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5400          */
5401         return 0;
5402 #endif
5403 }
5404
5405 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5406 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5407                          int high_fraction)
5408 {
5409 #ifdef CONFIG_MMU
5410         int high;
5411         int nr_split_cpus;
5412         unsigned long total_pages;
5413
5414         if (!high_fraction) {
5415                 /*
5416                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5417                  * low watermark so that if they are full then background
5418                  * reclaim will not be started prematurely.
5419                  */
5420                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5421         } else {
5422                 /*
5423                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5424                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5425                  * zone.
5426                  */
5427                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5428         }
5429
5430         /*
5431          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5432          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5433          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5434          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5435          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5436          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5437          */
5438         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5439         if (!nr_split_cpus)
5440                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5441         high = total_pages / nr_split_cpus;
5442
5443         /*
5444          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5445          * historical relationship between high and batch.
5446          */
5447         high = max(high, batch << 2);
5448
5449         return high;
5450 #else
5451         return 0;
5452 #endif
5453 }
5454
5455 /*
5456  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5457  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5458  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5459  *
5460  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5461  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5462  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5463  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5464  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5465  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5466  * disabled.
5467  *
5468  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5469  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5470  * exist).
5471  */
5472 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5473                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5474 {
5475         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5476         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5477         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5478 }
5479
5480 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5481 {
5482         int pindex;
5483
5484         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5485         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5486
5487         spin_lock_init(&pcp->lock);
5488         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5489                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5490
5491         /*
5492          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5493          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5494          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5495          * pageset yet.
5496          */
5497         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5498         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5499         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5500         pcp->free_count = 0;
5501 }
5502
5503 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5504                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5505 {
5506         struct per_cpu_pages *pcp;
5507         int cpu;
5508
5509         for_each_possible_cpu(cpu) {
5510                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5511                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5512         }
5513 }
5514
5515 /*
5516  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5517  * zone based on the zone's size.
5518  */
5519 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5520 {
5521         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5522
5523         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5524         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5525                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5526                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5527                 /*
5528                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5529                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5530                  */
5531                 new_high_max = new_high_min;
5532         } else {
5533                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5534                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5535                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5536         }
5537
5538         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5539             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5540             zone->pageset_batch == new_batch)
5541                 return;
5542
5543         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5544         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5545         zone->pageset_batch = new_batch;
5546
5547         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5548                                           new_batch);
5549 }
5550
5551 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5552 {
5553         int cpu;
5554
5555         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5556         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5557                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5558
5559         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5560         for_each_possible_cpu(cpu) {
5561                 struct per_cpu_pages *pcp;
5562                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5563
5564                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5565                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5566                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5567         }
5568
5569         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5570 }
5571
5572 /*
5573  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5574  * page high values need to be recalculated.
5575  */
5576 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5577 {
5578         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5579         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5580         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5581 }
5582
5583 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone)
5584 {
5585         int cpu;
5586         struct per_cpu_pages *pcp;
5587         struct cpu_cacheinfo *cci;
5588
5589         for_each_online_cpu(cpu) {
5590                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5591                 cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5592                 /*
5593                  * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5594                  * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5595                  * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5596                  * This can reduce zone lock contention without hurting
5597                  * cache-hot pages sharing.
5598                  */
5599                 spin_lock(&pcp->lock);
5600                 if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5601                         pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5602                 else
5603                         pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5604                 spin_unlock(&pcp->lock);
5605         }
5606 }
5607
5608 void setup_pcp_cacheinfo(void)
5609 {
5610         struct zone *zone;
5611
5612         for_each_populated_zone(zone)
5613                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone);
5614 }
5615
5616 /*
5617  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5618  * Before this call only boot pagesets were available.
5619  */
5620 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5621 {
5622         struct pglist_data *pgdat;
5623         struct zone *zone;
5624         int __maybe_unused cpu;
5625
5626         for_each_populated_zone(zone)
5627                 setup_zone_pageset(zone);
5628
5629 #ifdef CONFIG_NUMA
5630         /*
5631          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5632          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5633          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5634          * the nodes these zones are associated with.
5635          */
5636         for_each_possible_cpu(cpu) {
5637                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5638                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5639                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5640         }
5641 #endif
5642
5643         for_each_online_pgdat(pgdat)
5644                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5645                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5646 }
5647
5648 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5649 {
5650         /*
5651          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5652          * relies on the ability of the linker to provide the
5653          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5654          */
5655         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5656         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5657         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5658         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5659         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5660
5661         if (populated_zone(zone))
5662                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5663                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5664 }
5665
5666 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5667 {
5668         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5669         totalram_pages_add(count);
5670 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5671         if (PageHighMem(page))
5672                 totalhigh_pages_add(count);
5673 #endif
5674 }
5675 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5676
5677 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5678 {
5679         void *pos;
5680         unsigned long pages = 0;
5681
5682         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5683         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5684         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5685                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5686                 void *direct_map_addr;
5687
5688                 /*
5689                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5690                  * because some architectures' virt_to_page()
5691                  * work with aliases.  Getting the direct map
5692                  * address ensures that we get a _writeable_
5693                  * alias for the memset().
5694                  */
5695                 direct_map_addr = page_address(page);
5696                 /*
5697                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5698                  * has not been initialized.
5699                  */
5700                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5701                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5702                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5703
5704                 free_reserved_page(page);
5705         }
5706
5707         if (pages && s)
5708                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5709
5710         return pages;
5711 }
5712
5713 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5714 {
5715         struct zone *zone;
5716
5717         lru_add_drain_cpu(cpu);
5718         mlock_drain_remote(cpu);
5719         drain_pages(cpu);
5720
5721         /*
5722          * Spill the event counters of the dead processor
5723          * into the current processors event counters.
5724          * This artificially elevates the count of the current
5725          * processor.
5726          */
5727         vm_events_fold_cpu(cpu);
5728
5729         /*
5730          * Zero the differential counters of the dead processor
5731          * so that the vm statistics are consistent.
5732          *
5733          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5734          * race with what we are doing.
5735          */
5736         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5737
5738         for_each_populated_zone(zone)
5739                 zone_pcp_update(zone, 0);
5740
5741         return 0;
5742 }
5743
5744 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5745 {
5746         struct zone *zone;
5747
5748         for_each_populated_zone(zone)
5749                 zone_pcp_update(zone, 1);
5750         return 0;
5751 }
5752
5753 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5754 {
5755         int ret;
5756
5757         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5758                                         "mm/page_alloc:pcp",
5759                                         page_alloc_cpu_online,
5760                                         page_alloc_cpu_dead);
5761         WARN_ON(ret < 0);
5762 }
5763
5764 /*
5765  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5766  *      or min_free_kbytes changes.
5767  */
5768 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5769 {
5770         struct pglist_data *pgdat;
5771         unsigned long reserve_pages = 0;
5772         enum zone_type i, j;
5773
5774         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5775
5776                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5777
5778                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5779                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5780                         long max = 0;
5781                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5782
5783                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5784                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5785                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5786                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5787                         }
5788
5789                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5790                         max += high_wmark_pages(zone);
5791
5792                         if (max > managed_pages)
5793                                 max = managed_pages;
5794
5795                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5796
5797                         reserve_pages += max;
5798                 }
5799         }
5800         totalreserve_pages = reserve_pages;
5801 }
5802
5803 /*
5804  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5805  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5806  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5807  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5808  */
5809 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5810 {
5811         struct pglist_data *pgdat;
5812         enum zone_type i, j;
5813
5814         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5815                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5816                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5817                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5818                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5819                         unsigned long managed_pages = 0;
5820
5821                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5822                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5823
5824                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5825
5826                                 if (clear)
5827                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5828                                 else
5829                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5830                         }
5831                 }
5832         }
5833
5834         /* update totalreserve_pages */
5835         calculate_totalreserve_pages();
5836 }
5837
5838 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5839 {
5840         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5841         unsigned long lowmem_pages = 0;
5842         struct zone *zone;
5843         unsigned long flags;
5844
5845         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5846         for_each_zone(zone) {
5847                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5848                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5849         }
5850
5851         for_each_zone(zone) {
5852                 u64 tmp;
5853
5854                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5855                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5856                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5857                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5858                         /*
5859                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5860                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5861                          * to a small  value here.
5862                          *
5863                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5864                          * deltas control async page reclaim, and so should
5865                          * not be capped for highmem and movable zones.
5866                          */
5867                         unsigned long min_pages;
5868
5869                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5870                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5871                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5872                 } else {
5873                         /*
5874                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5875                          * proportionate to the zone's size.
5876                          */
5877                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5878                 }
5879
5880                 /*
5881                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5882                  * scale factor in proportion to available memory, but
5883                  * ensure a minimum size on small systems.
5884                  */
5885                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5886                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5887                                       watermark_scale_factor, 10000));
5888
5889                 zone->watermark_boost = 0;
5890                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5891                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5892                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5893
5894                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5895         }
5896
5897         /* update totalreserve_pages */
5898         calculate_totalreserve_pages();
5899 }
5900
5901 /**
5902  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5903  * or when memory is hot-{added|removed}
5904  *
5905  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5906  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5907  */
5908 void setup_per_zone_wmarks(void)
5909 {
5910         struct zone *zone;
5911         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5912
5913         spin_lock(&lock);
5914         __setup_per_zone_wmarks();
5915         spin_unlock(&lock);
5916
5917         /*
5918          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5919          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5920          */
5921         for_each_zone(zone)
5922                 zone_pcp_update(zone, 0);
5923 }
5924
5925 /*
5926  * Initialise min_free_kbytes.
5927  *
5928  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5929  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5930  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5931  *
5932  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5933  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5934  *
5935  * which yields
5936  *
5937  * 16MB:        512k
5938  * 32MB:        724k
5939  * 64MB:        1024k
5940  * 128MB:       1448k
5941  * 256MB:       2048k
5942  * 512MB:       2896k
5943  * 1024MB:      4096k
5944  * 2048MB:      5792k
5945  * 4096MB:      8192k
5946  * 8192MB:      11584k
5947  * 16384MB:     16384k
5948  */
5949 void calculate_min_free_kbytes(void)
5950 {
5951         unsigned long lowmem_kbytes;
5952         int new_min_free_kbytes;
5953
5954         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5955         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5956
5957         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5958                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5959         else
5960                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5961                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5962
5963 }
5964
5965 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5966 {
5967         calculate_min_free_kbytes();
5968         setup_per_zone_wmarks();
5969         refresh_zone_stat_thresholds();
5970         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5971
5972 #ifdef CONFIG_NUMA
5973         setup_min_unmapped_ratio();
5974         setup_min_slab_ratio();
5975 #endif
5976
5977         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5978
5979         return 0;
5980 }
5981 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5982
5983 /*
5984  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5985  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5986  *      changes.
5987  */
5988 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5989                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5990 {
5991         int rc;
5992
5993         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5994         if (rc)
5995                 return rc;
5996
5997         if (write) {
5998                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5999                 setup_per_zone_wmarks();
6000         }
6001         return 0;
6002 }
6003
6004 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6005                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6006 {
6007         int rc;
6008
6009         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6010         if (rc)
6011                 return rc;
6012
6013         if (write)
6014                 setup_per_zone_wmarks();
6015
6016         return 0;
6017 }
6018
6019 #ifdef CONFIG_NUMA
6020 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6021 {
6022         pg_data_t *pgdat;
6023         struct zone *zone;
6024
6025         for_each_online_pgdat(pgdat)
6026                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6027
6028         for_each_zone(zone)
6029                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6030                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6031 }
6032
6033
6034 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6035                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6036 {
6037         int rc;
6038
6039         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6040         if (rc)
6041                 return rc;
6042
6043         setup_min_unmapped_ratio();
6044
6045         return 0;
6046 }
6047
6048 static void setup_min_slab_ratio(void)
6049 {
6050         pg_data_t *pgdat;
6051         struct zone *zone;
6052
6053         for_each_online_pgdat(pgdat)
6054                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6055
6056         for_each_zone(zone)
6057                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6058                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6059 }
6060
6061 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6062                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6063 {
6064         int rc;
6065
6066         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6067         if (rc)
6068                 return rc;
6069
6070         setup_min_slab_ratio();
6071
6072         return 0;
6073 }
6074 #endif
6075
6076 /*
6077  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6078  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6079  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6080  *
6081  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6082  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6083  * if in function of the boot time zone sizes.
6084  */
6085 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6086                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6087 {
6088         int i;
6089
6090         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6091
6092         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6093                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6094                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6095         }
6096
6097         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6098         return 0;
6099 }
6100
6101 /*
6102  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6103  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6104  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6105  */
6106 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6107                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6108 {
6109         struct zone *zone;
6110         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6111         int ret;
6112
6113         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6114         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6115
6116         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6117         if (!write || ret < 0)
6118                 goto out;
6119
6120         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6121         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6122             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6123                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6124                 ret = -EINVAL;
6125                 goto out;
6126         }
6127
6128         /* No change? */
6129         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6130                 goto out;
6131
6132         for_each_populated_zone(zone)
6133                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6134 out:
6135         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6136         return ret;
6137 }
6138
6139 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6140         {
6141                 .procname       = "min_free_kbytes",
6142                 .data           = &min_free_kbytes,
6143                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6144                 .mode           = 0644,
6145                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6146                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6147         },
6148         {
6149                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6150                 .data           = &watermark_boost_factor,
6151                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6152                 .mode           = 0644,
6153                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6154                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6155         },
6156         {
6157                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6158                 .data           = &watermark_scale_factor,
6159                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6160                 .mode           = 0644,
6161                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6162                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6163                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6164         },
6165         {
6166                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6167                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6168                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6169                 .mode           = 0644,
6170                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6171                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6172         },
6173         {
6174                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6175                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6176                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6177                 .mode           = 0644,
6178                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6179         },
6180 #ifdef CONFIG_NUMA
6181         {
6182                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6183                 .data           = &numa_zonelist_order,
6184                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6185                 .mode           = 0644,
6186                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6187         },
6188         {
6189                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6190                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6191                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6192                 .mode           = 0644,
6193                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6194                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6195                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6196         },
6197         {
6198                 .procname       = "min_slab_ratio",
6199                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6200                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6201                 .mode           = 0644,
6202                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6203                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6204                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6205         },
6206 #endif
6207         {}
6208 };
6209
6210 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6211 {
6212         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6213 }
6214
6215 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6216 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6217 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6218 {
6219         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6220
6221         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6222                 struct page *page;
6223
6224                 dump_stack();
6225                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6226                         dump_page(page, "migration failure");
6227         }
6228 }
6229
6230 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6231 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6232                                         unsigned long start, unsigned long end)
6233 {
6234         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6235         unsigned int nr_reclaimed;
6236         unsigned long pfn = start;
6237         unsigned int tries = 0;
6238         int ret = 0;
6239         struct migration_target_control mtc = {
6240                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6241                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6242         };
6243
6244         lru_cache_disable();
6245
6246         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6247                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6248                         ret = -EINTR;
6249                         break;
6250                 }
6251
6252                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6253                         cc->nr_migratepages = 0;
6254                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6255                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6256                                 break;
6257                         pfn = cc->migrate_pfn;
6258                         tries = 0;
6259                 } else if (++tries == 5) {
6260                         ret = -EBUSY;
6261                         break;
6262                 }
6263
6264                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6265                                                         &cc->migratepages);
6266                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6267
6268                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6269                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6270
6271                 /*
6272                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6273                  * to retry again over this error, so do the same here.
6274                  */
6275                 if (ret == -ENOMEM)
6276                         break;
6277         }
6278
6279         lru_cache_enable();
6280         if (ret < 0) {
6281                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6282                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6283                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6284                 return ret;
6285         }
6286         return 0;
6287 }
6288
6289 /**
6290  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6291  * @start:      start PFN to allocate
6292  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6293  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6294  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6295  *                      in range must have the same migratetype and it must
6296  *                      be either of the two.
6297  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6298  *
6299  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6300  * belong to a single zone.
6301  *
6302  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6303  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6304  * be modified by others.
6305  *
6306  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6307  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6308  * need to be freed with free_contig_range().
6309  */
6310 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6311                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6312 {
6313         unsigned long outer_start, outer_end;
6314         int order;
6315         int ret = 0;
6316
6317         struct compact_control cc = {
6318                 .nr_migratepages = 0,
6319                 .order = -1,
6320                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6321                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6322                 .ignore_skip_hint = true,
6323                 .no_set_skip_hint = true,
6324                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6325                 .alloc_contig = true,
6326         };
6327         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6328
6329         /*
6330          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6331          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6332          * have different sizes, and due to the way page allocator
6333          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6334          *
6335          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6336          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6337          * we are interested in). This will put all the pages in
6338          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6339          *
6340          * When this is done, we take the pages in range from page
6341          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6342          * page allocator will never consider using them.
6343          *
6344          * This lets us mark the pageblocks back as
6345          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6346          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6347          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6348          */
6349
6350         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6351         if (ret)
6352                 goto done;
6353
6354         drain_all_pages(cc.zone);
6355
6356         /*
6357          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6358          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6359          * which will report the busy page.
6360          *
6361          * It is possible that busy pages could become available before
6362          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6363          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6364          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6365          */
6366         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6367         if (ret && ret != -EBUSY)
6368                 goto done;
6369         ret = 0;
6370
6371         /*
6372          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6373          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6374          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6375          * What we are going to do is to allocate all pages from
6376          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6377          *
6378          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6379          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6380          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6381          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6382          * once this is done free the pages we are not interested in.
6383          *
6384          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6385          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6386          */
6387
6388         order = 0;
6389         outer_start = start;
6390         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6391                 if (++order > MAX_ORDER) {
6392                         outer_start = start;
6393                         break;
6394                 }
6395                 outer_start &= ~0UL << order;
6396         }
6397
6398         if (outer_start != start) {
6399                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6400
6401                 /*
6402                  * outer_start page could be small order buddy page and
6403                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6404                  * in this case to report failed page properly
6405                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6406                  */
6407                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6408                         outer_start = start;
6409         }
6410
6411         /* Make sure the range is really isolated. */
6412         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6413                 ret = -EBUSY;
6414                 goto done;
6415         }
6416
6417         /* Grab isolated pages from freelists. */
6418         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6419         if (!outer_end) {
6420                 ret = -EBUSY;
6421                 goto done;
6422         }
6423
6424         /* Free head and tail (if any) */
6425         if (start != outer_start)
6426                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6427         if (end != outer_end)
6428                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6429
6430 done:
6431         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6432         return ret;
6433 }
6434 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6435
6436 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6437                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6438 {
6439         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6440
6441         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6442                                   gfp_mask);
6443 }
6444
6445 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6446                                    unsigned long nr_pages)
6447 {
6448         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6449         struct page *page;
6450
6451         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6452                 page = pfn_to_online_page(i);
6453                 if (!page)
6454                         return false;
6455
6456                 if (page_zone(page) != z)
6457                         return false;
6458
6459                 if (PageReserved(page))
6460                         return false;
6461
6462                 if (PageHuge(page))
6463                         return false;
6464         }
6465         return true;
6466 }
6467
6468 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6469                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6470 {
6471         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6472
6473         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6474 }
6475
6476 /**
6477  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6478  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6479  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6480  * @nid:        Target node
6481  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6482  *
6483  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6484  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6485  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6486  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6487  *
6488  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6489  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6490  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6491  *
6492  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6493  * __free_page() on each allocated page.
6494  *
6495  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6496  */
6497 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6498                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6499 {
6500         unsigned long ret, pfn, flags;
6501         struct zonelist *zonelist;
6502         struct zone *zone;
6503         struct zoneref *z;
6504
6505         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6506         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6507                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6508                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6509
6510                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6511                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6512                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6513                                 /*
6514                                  * We release the zone lock here because
6515                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6516                                  * at some point. If there's an allocation
6517                                  * spinning on this lock, it may win the race
6518                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6519                                  */
6520                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6521                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6522                                                         gfp_mask);
6523                                 if (!ret)
6524                                         return pfn_to_page(pfn);
6525                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6526                         }
6527                         pfn += nr_pages;
6528                 }
6529                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6530         }
6531         return NULL;
6532 }
6533 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6534
6535 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6536 {
6537         unsigned long count = 0;
6538
6539         for (; nr_pages--; pfn++) {
6540                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6541
6542                 count += page_count(page) != 1;
6543                 __free_page(page);
6544         }
6545         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6546 }
6547 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6548
6549 /*
6550  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6551  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6552  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6553  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6554  *
6555  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6556  */
6557 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6558 {
6559         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6560         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6561         __drain_all_pages(zone, true);
6562 }
6563
6564 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6565 {
6566         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6567                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6568         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6569 }
6570
6571 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6572 {
6573         int cpu;
6574         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6575
6576         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6577                 for_each_online_cpu(cpu) {
6578                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6579                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6580                 }
6581                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6582                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6583                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6584                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6585                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6586                 }
6587         }
6588 }
6589
6590 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6591 /*
6592  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6593  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6594  */
6595 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6596 {
6597         unsigned long pfn = start_pfn;
6598         struct page *page;
6599         struct zone *zone;
6600         unsigned int order;
6601         unsigned long flags;
6602
6603         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6604         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6605         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6606         while (pfn < end_pfn) {
6607                 page = pfn_to_page(pfn);
6608                 /*
6609                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6610                  * page_count() is not 0.
6611                  */
6612                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6613                         pfn++;
6614                         continue;
6615                 }
6616                 /*
6617                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6618                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6619                  */
6620                 if (PageOffline(page)) {
6621                         BUG_ON(page_count(page));
6622                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6623                         pfn++;
6624                         continue;
6625                 }
6626
6627                 BUG_ON(page_count(page));
6628                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6629                 order = buddy_order(page);
6630                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6631                 pfn += (1 << order);
6632         }
6633         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6634 }
6635 #endif
6636
6637 /*
6638  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6639  */
6640 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6641 {
6642         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6643         unsigned int order;
6644
6645         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6646                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6647
6648                 if (PageBuddy(page_head) &&
6649                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6650                         break;
6651         }
6652
6653         return order <= MAX_ORDER;
6654 }
6655 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6656
6657 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6658 /*
6659  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6660  * buddy allocator.
6661  */
6662 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6663                                    struct page *target, int low, int high,
6664                                    int migratetype)
6665 {
6666         unsigned long size = 1 << high;
6667         struct page *current_buddy;
6668
6669         while (high > low) {
6670                 high--;
6671                 size >>= 1;
6672
6673                 if (target >= &page[size]) {
6674                         current_buddy = page;
6675                         page = page + size;
6676                 } else {
6677                         current_buddy = page + size;
6678                 }
6679
6680                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6681                         continue;
6682
6683                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6684                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6685         }
6686 }
6687
6688 /*
6689  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6690  */
6691 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6692 {
6693         struct zone *zone = page_zone(page);
6694         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6695         unsigned long flags;
6696         unsigned int order;
6697         bool ret = false;
6698
6699         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6700         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6701                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6702                 int page_order = buddy_order(page_head);
6703
6704                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6705                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6706                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6707                                                                    pfn_head);
6708
6709                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6710                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6711                                                 page_order, migratetype);
6712                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6713                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6714                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6715                         ret = true;
6716                         break;
6717                 }
6718                 if (page_count(page_head) > 0)
6719                         break;
6720         }
6721         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6722         return ret;
6723 }
6724
6725 /*
6726  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6727  */
6728 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6729 {
6730         struct zone *zone = page_zone(page);
6731         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6732         unsigned long flags;
6733         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6734         bool ret = false;
6735
6736         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6737         if (put_page_testzero(page)) {
6738                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6739                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6740                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6741                         ret = true;
6742                 }
6743         }
6744         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6745
6746         return ret;
6747 }
6748 #endif
6749
6750 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6751 bool has_managed_dma(void)
6752 {
6753         struct pglist_data *pgdat;
6754
6755         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6756                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6757
6758                 if (managed_zone(zone))
6759                         return true;
6760         }
6761         return false;
6762 }
6763 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6764
6765 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6766
6767 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6768 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6769
6770 static bool lazy_accept = true;
6771
6772 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6773 {
6774         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6775                 lazy_accept = true;
6776                 return 0;
6777         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6778                 lazy_accept = false;
6779                 return 0;
6780         } else {
6781                 return -EINVAL;
6782         }
6783 }
6784 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6785
6786 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6787 {
6788         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6789         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6790
6791         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6792 }
6793
6794 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6795 {
6796         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6797
6798         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6799 }
6800
6801 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6802 {
6803         unsigned long flags;
6804         struct page *page;
6805         bool last;
6806
6807         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6808                 return false;
6809
6810         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6811         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6812                                         struct page, lru);
6813         if (!page) {
6814                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6815                 return false;
6816         }
6817
6818         list_del(&page->lru);
6819         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6820
6821         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6822         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6823         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6824
6825         accept_page(page, MAX_ORDER);
6826
6827         __free_pages_ok(page, MAX_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6828
6829         if (last)
6830                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6831
6832         return true;
6833 }
6834
6835 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6836 {
6837         long to_accept;
6838         int ret = false;
6839
6840         /* How much to accept to get to high watermark? */
6841         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6842                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6843                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6844
6845         /* Accept at least one page */
6846         do {
6847                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6848                         break;
6849                 ret = true;
6850                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6851         } while (to_accept > 0);
6852
6853         return ret;
6854 }
6855
6856 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6857 {
6858         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6859 }
6860
6861 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6862 {
6863         struct zone *zone = page_zone(page);
6864         unsigned long flags;
6865         bool first = false;
6866
6867         if (!lazy_accept)
6868                 return false;
6869
6870         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6871         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6872         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6873         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6874         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6875         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6876
6877         if (first)
6878                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6879
6880         return true;
6881 }
6882
6883 #else
6884
6885 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6886 {
6887         return false;
6888 }
6889
6890 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6891 {
6892 }
6893
6894 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6895 {
6896         return false;
6897 }
6898
6899 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6900 {
6901         return false;
6902 }
6903
6904 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6905 {
6906         BUILD_BUG();
6907         return false;
6908 }
6909
6910 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */
This page took 0.417417 seconds and 4 git commands to generate.