]> Git Repo - linux.git/blob - mm/page_alloc.c
init/modpost: conditionally check section mismatch to __meminit*
[linux.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/pagevec.h>
36 #include <linux/memory_hotplug.h>
37 #include <linux/nodemask.h>
38 #include <linux/vmstat.h>
39 #include <linux/fault-inject.h>
40 #include <linux/compaction.h>
41 #include <trace/events/kmem.h>
42 #include <trace/events/oom.h>
43 #include <linux/prefetch.h>
44 #include <linux/mm_inline.h>
45 #include <linux/mmu_notifier.h>
46 #include <linux/migrate.h>
47 #include <linux/sched/mm.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/page_table_check.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/ftrace.h>
52 #include <linux/lockdep.h>
53 #include <linux/psi.h>
54 #include <linux/khugepaged.h>
55 #include <linux/delayacct.h>
56 #include <linux/cacheinfo.h>
57 #include <linux/pgalloc_tag.h>
58 #include <asm/div64.h>
59 #include "internal.h"
60 #include "shuffle.h"
61 #include "page_reporting.h"
62
63 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
64 typedef int __bitwise fpi_t;
65
66 /* No special request */
67 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
68
69 /*
70  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
71  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
72  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
73  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
74  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
75  * putting it back unmodified.
76  */
77 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
78
79 /*
80  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
81  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
82  * shuffle the whole zone).
83  *
84  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
85  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
86  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
87  *       reporting).
88  */
89 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
90
91 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
92 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
93 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
94
95 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
96 /*
97  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
98  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
99  */
100 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
101 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
102 #else
103
104 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
105 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
106 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
107 #endif
108
109 /*
110  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
111  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
112  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
113  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
114  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
115  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
116  */
117 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
118 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
119 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
120 #else
121 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
122 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
123 #endif
124
125 /*
126  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
127  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
128  */
129 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
130 ({                                                                      \
131         type *_ret;                                                     \
132         pcpu_task_pin();                                                \
133         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
134         spin_lock(&_ret->member);                                       \
135         _ret;                                                           \
136 })
137
138 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
139 ({                                                                      \
140         type *_ret;                                                     \
141         pcpu_task_pin();                                                \
142         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
143         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
144                 pcpu_task_unpin();                                      \
145                 _ret = NULL;                                            \
146         }                                                               \
147         _ret;                                                           \
148 })
149
150 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
151 ({                                                                      \
152         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
153         pcpu_task_unpin();                                              \
154 })
155
156 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
157 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
158         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
159
160 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
161         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
162
163 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
164         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
165
166 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
167 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
168 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
169 #endif
170
171 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
172
173 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
174 /*
175  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
176  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
177  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
178  * defined in <linux/topology.h>.
179  */
180 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
181 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
182 #endif
183
184 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
185
186 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
187 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
188 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
189 #endif
190
191 /*
192  * Array of node states.
193  */
194 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
195         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
196         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
197 #ifndef CONFIG_NUMA
198         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
199 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
200         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
201 #endif
202         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
203         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
204 #endif  /* NUMA */
205 };
206 EXPORT_SYMBOL(node_states);
207
208 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
209
210 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
211 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
212 #endif
213
214 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
215                             fpi_t fpi_flags);
216
217 /*
218  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
219  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
220  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
221  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
222  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
223  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
224  *
225  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
226  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
227  */
228 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
229 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
230         [ZONE_DMA] = 256,
231 #endif
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
233         [ZONE_DMA32] = 256,
234 #endif
235         [ZONE_NORMAL] = 32,
236 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
237         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
238 #endif
239         [ZONE_MOVABLE] = 0,
240 };
241
242 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
243 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
244          "DMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
247          "DMA32",
248 #endif
249          "Normal",
250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
251          "HighMem",
252 #endif
253          "Movable",
254 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
255          "Device",
256 #endif
257 };
258
259 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
260         "Unmovable",
261         "Movable",
262         "Reclaimable",
263         "HighAtomic",
264 #ifdef CONFIG_CMA
265         "CMA",
266 #endif
267 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
268         "Isolate",
269 #endif
270 };
271
272 int min_free_kbytes = 1024;
273 int user_min_free_kbytes = -1;
274 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
275 static int watermark_scale_factor = 10;
276
277 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
278 int movable_zone;
279 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
280
281 #if MAX_NUMNODES > 1
282 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
283 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
284 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
285 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
286 #endif
287
288 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
289 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
290 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
291 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
292 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /*
298  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
299  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
300  * and we can permanently disable that path.
301  */
302 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
303
304 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
305 {
306         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
307 }
308
309 /*
310  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
311  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
312  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
313  * and to ensure that the function body gets unloaded.
314  */
315 static bool __ref
316 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
317 {
318         return deferred_grow_zone(zone, order);
319 }
320 #else
321 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
322 {
323         return false;
324 }
325 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
326
327 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
328 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
329                                                         unsigned long pfn)
330 {
331 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
332         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
333 #else
334         return page_zone(page)->pageblock_flags;
335 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
336 }
337
338 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
339 {
340 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
341         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
342 #else
343         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
344 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
345         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
346 }
347
348 /**
349  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
350  * @page: The page within the block of interest
351  * @pfn: The target page frame number
352  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
353  *
354  * Return: pageblock_bits flags
355  */
356 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
357                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
358 {
359         unsigned long *bitmap;
360         unsigned long bitidx, word_bitidx;
361         unsigned long word;
362
363         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
364         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
365         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
366         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
367         /*
368          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
369          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
370          * racy, are not corrupted.
371          */
372         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
373         return (word >> bitidx) & mask;
374 }
375
376 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
377                                         unsigned long pfn)
378 {
379         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
380 }
381
382 /**
383  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
384  * @page: The page within the block of interest
385  * @flags: The flags to set
386  * @pfn: The target page frame number
387  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
388  */
389 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
390                                         unsigned long pfn,
391                                         unsigned long mask)
392 {
393         unsigned long *bitmap;
394         unsigned long bitidx, word_bitidx;
395         unsigned long word;
396
397         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
398         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
399
400         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
401         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
402         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
403         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
404
405         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
406
407         mask <<= bitidx;
408         flags <<= bitidx;
409
410         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
411         do {
412         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
413 }
414
415 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
416 {
417         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
418                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
419                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
420
421         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
422                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
426 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
427 {
428         int ret;
429         unsigned seq;
430         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
431         unsigned long sp, start_pfn;
432
433         do {
434                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
435                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
436                 sp = zone->spanned_pages;
437                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
438         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
439
440         if (ret)
441                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
442                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
443                         start_pfn, start_pfn + sp);
444
445         return ret;
446 }
447
448 /*
449  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
450  */
451 static bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
452 {
453         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
454                 return true;
455         if (zone != page_zone(page))
456                 return true;
457
458         return false;
459 }
460 #else
461 static inline bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
462 {
463         return false;
464 }
465 #endif
466
467 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
468 {
469         static unsigned long resume;
470         static unsigned long nr_shown;
471         static unsigned long nr_unshown;
472
473         /*
474          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
475          * or allow a steady drip of one report per second.
476          */
477         if (nr_shown == 60) {
478                 if (time_before(jiffies, resume)) {
479                         nr_unshown++;
480                         goto out;
481                 }
482                 if (nr_unshown) {
483                         pr_alert(
484                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
485                                 nr_unshown);
486                         nr_unshown = 0;
487                 }
488                 nr_shown = 0;
489         }
490         if (nr_shown++ == 0)
491                 resume = jiffies + 60 * HZ;
492
493         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
494                 current->comm, page_to_pfn(page));
495         dump_page(page, reason);
496
497         print_modules();
498         dump_stack();
499 out:
500         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
501         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
502         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
503 }
504
505 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
506 {
507 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
508         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
509                 VM_BUG_ON(order != HPAGE_PMD_ORDER);
510                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
511         }
512 #else
513         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
514 #endif
515
516         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
517 }
518
519 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
520 {
521         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
522
523 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
524         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
525                 order = HPAGE_PMD_ORDER;
526 #else
527         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
528 #endif
529
530         return order;
531 }
532
533 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
534 {
535         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
536                 return true;
537 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
538         if (order == HPAGE_PMD_ORDER)
539                 return true;
540 #endif
541         return false;
542 }
543
544 /*
545  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
546  *
547  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
548  *
549  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
550  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
551  *
552  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
553  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
554  */
555
556 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
557 {
558         int i;
559         int nr_pages = 1 << order;
560
561         __SetPageHead(page);
562         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
563                 prep_compound_tail(page, i);
564
565         prep_compound_head(page, order);
566 }
567
568 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
569 {
570         set_page_private(page, order);
571         __SetPageBuddy(page);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_COMPACTION
575 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
576 {
577         struct capture_control *capc = current->capture_control;
578
579         return unlikely(capc) &&
580                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
581                 !capc->page &&
582                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
583 }
584
585 static inline bool
586 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
587                    int order, int migratetype)
588 {
589         if (!capc || order != capc->cc->order)
590                 return false;
591
592         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
593         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
594             is_migrate_isolate(migratetype))
595                 return false;
596
597         /*
598          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock
599          * unless compaction is also requesting movable pages.
600          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
601          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
602          * have trouble finding a high-order free page.
603          */
604         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
605             capc->cc->migratetype != MIGRATE_MOVABLE)
606                 return false;
607
608         capc->page = page;
609         return true;
610 }
611
612 #else
613 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
614 {
615         return NULL;
616 }
617
618 static inline bool
619 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
620                    int order, int migratetype)
621 {
622         return false;
623 }
624 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
625
626 static inline void account_freepages(struct zone *zone, int nr_pages,
627                                      int migratetype)
628 {
629         if (is_migrate_isolate(migratetype))
630                 return;
631
632         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, nr_pages);
633
634         if (is_migrate_cma(migratetype))
635                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, nr_pages);
636 }
637
638 /* Used for pages not on another list */
639 static inline void __add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
640                                       unsigned int order, int migratetype,
641                                       bool tail)
642 {
643         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
644
645         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
646                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
647                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
648
649         if (tail)
650                 list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
651         else
652                 list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
653         area->nr_free++;
654 }
655
656 /*
657  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
658  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
659  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
660  */
661 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
662                                      unsigned int order, int old_mt, int new_mt)
663 {
664         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
665
666         /* Free page moving can fail, so it happens before the type update */
667         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != old_mt,
668                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
669                      get_pageblock_migratetype(page), old_mt, 1 << order);
670
671         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[new_mt]);
672
673         account_freepages(zone, -(1 << order), old_mt);
674         account_freepages(zone, 1 << order, new_mt);
675 }
676
677 static inline void __del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
678                                              unsigned int order, int migratetype)
679 {
680         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
681                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
682                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
683
684         /* clear reported state and update reported page count */
685         if (page_reported(page))
686                 __ClearPageReported(page);
687
688         list_del(&page->buddy_list);
689         __ClearPageBuddy(page);
690         set_page_private(page, 0);
691         zone->free_area[order].nr_free--;
692 }
693
694 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
695                                            unsigned int order, int migratetype)
696 {
697         __del_page_from_free_list(page, zone, order, migratetype);
698         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
699 }
700
701 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
702                                             int migratetype)
703 {
704         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
705                                         struct page, buddy_list);
706 }
707
708 /*
709  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
710  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
711  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
712  * that is happening, add the free page to the tail of the list
713  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
714  * as a higher order page
715  */
716 static inline bool
717 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
718                    struct page *page, unsigned int order)
719 {
720         unsigned long higher_page_pfn;
721         struct page *higher_page;
722
723         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
724                 return false;
725
726         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
727         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
728
729         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
730                         NULL) != NULL;
731 }
732
733 /*
734  * Freeing function for a buddy system allocator.
735  *
736  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
737  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
738  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
739  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
740  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
741  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
742  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
743  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
744  * parts of the VM system.
745  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
746  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
747  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
748  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
749  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
750  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
751  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
752  * triggers coalescing into a block of larger size.
753  *
754  * -- nyc
755  */
756
757 static inline void __free_one_page(struct page *page,
758                 unsigned long pfn,
759                 struct zone *zone, unsigned int order,
760                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
761 {
762         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
763         unsigned long buddy_pfn = 0;
764         unsigned long combined_pfn;
765         struct page *buddy;
766         bool to_tail;
767
768         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
769         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
770
771         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
772         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
773         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
774
775         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
776
777         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
778                 int buddy_mt = migratetype;
779
780                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
781                         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
782                         return;
783                 }
784
785                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
786                 if (!buddy)
787                         goto done_merging;
788
789                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
790                         /*
791                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
792                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
793                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
794                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
795                          */
796                         buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
797
798                         if (migratetype != buddy_mt &&
799                             (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
800                              !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
801                                 goto done_merging;
802                 }
803
804                 /*
805                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
806                  * merge with it and move up one order.
807                  */
808                 if (page_is_guard(buddy))
809                         clear_page_guard(zone, buddy, order);
810                 else
811                         __del_page_from_free_list(buddy, zone, order, buddy_mt);
812
813                 if (unlikely(buddy_mt != migratetype)) {
814                         /*
815                          * Match buddy type. This ensures that an
816                          * expand() down the line puts the sub-blocks
817                          * on the right freelists.
818                          */
819                         set_pageblock_migratetype(buddy, migratetype);
820                 }
821
822                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
823                 page = page + (combined_pfn - pfn);
824                 pfn = combined_pfn;
825                 order++;
826         }
827
828 done_merging:
829         set_buddy_order(page, order);
830
831         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
832                 to_tail = true;
833         else if (is_shuffle_order(order))
834                 to_tail = shuffle_pick_tail();
835         else
836                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
837
838         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, to_tail);
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  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
847  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
848  * check if necessary.
849  */
850 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
851                                         unsigned long check_flags)
852 {
853         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
854                 return false;
855
856         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
857                         page_ref_count(page) |
858 #ifdef CONFIG_MEMCG
859                         page->memcg_data |
860 #endif
861 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
862                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
863 #endif
864                         (page->flags & check_flags)))
865                 return false;
866
867         return true;
868 }
869
870 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
871 {
872         const char *bad_reason = NULL;
873
874         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
875                 bad_reason = "nonzero mapcount";
876         if (unlikely(page->mapping != NULL))
877                 bad_reason = "non-NULL mapping";
878         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
879                 bad_reason = "nonzero _refcount";
880         if (unlikely(page->flags & flags)) {
881                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
882                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
883                 else
884                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
885         }
886 #ifdef CONFIG_MEMCG
887         if (unlikely(page->memcg_data))
888                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
889 #endif
890 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
891         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
892                 bad_reason = "page_pool leak";
893 #endif
894         return bad_reason;
895 }
896
897 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
898 {
899         bad_page(page,
900                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
901 }
902
903 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
904 {
905         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
906                 return false;
907
908         /* Something has gone sideways, find it */
909         free_page_is_bad_report(page);
910         return true;
911 }
912
913 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
914 {
915         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
916 }
917
918 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
919 {
920         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
921         int ret = 1;
922
923         /*
924          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
925          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
926          */
927         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
928
929         if (!is_check_pages_enabled()) {
930                 ret = 0;
931                 goto out;
932         }
933         switch (page - head_page) {
934         case 1:
935                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
936                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
937                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
938                         goto out;
939                 }
940                 if (unlikely(folio_large_mapcount(folio))) {
941                         bad_page(page, "nonzero large_mapcount");
942                         goto out;
943                 }
944                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
945                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
946                         goto out;
947                 }
948                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
949                         bad_page(page, "nonzero pincount");
950                         goto out;
951                 }
952                 break;
953         case 2:
954                 /* the second tail page: deferred_list overlaps ->mapping */
955                 if (unlikely(!list_empty(&folio->_deferred_list))) {
956                         bad_page(page, "on deferred list");
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         default:
961                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
962                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         }
967         if (unlikely(!PageTail(page))) {
968                 bad_page(page, "PageTail not set");
969                 goto out;
970         }
971         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
972                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
973                 goto out;
974         }
975         ret = 0;
976 out:
977         page->mapping = NULL;
978         clear_compound_head(page);
979         return ret;
980 }
981
982 /*
983  * Skip KASAN memory poisoning when either:
984  *
985  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
986  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
987  *    using page tags instead (see below).
988  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
989  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
990  *
991  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
992  *
993  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
994  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
995  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
996  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
997  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
998  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
999  *
1000  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1001  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1002  * initialization is done with interrupt disabled.
1003  *
1004  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1005  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1006  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1007  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1008  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1009  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1010  */
1011 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1012 {
1013         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1014                 return deferred_pages_enabled();
1015
1016         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1017 }
1018
1019 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1020 {
1021         int i;
1022
1023         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1024         kasan_disable_current();
1025         for (i = 0; i < numpages; i++)
1026                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1027         kasan_enable_current();
1028 }
1029
1030 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1031                         unsigned int order)
1032 {
1033         int bad = 0;
1034         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1035         bool init = want_init_on_free();
1036         bool compound = PageCompound(page);
1037
1038         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1039
1040         trace_mm_page_free(page, order);
1041         kmsan_free_page(page, order);
1042
1043         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1044                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1045
1046         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1047                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1048                 reset_page_owner(page, order);
1049                 page_table_check_free(page, order);
1050                 pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1051                 return false;
1052         }
1053
1054         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1055
1056         /*
1057          * Check tail pages before head page information is cleared to
1058          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1059          */
1060         if (unlikely(order)) {
1061                 int i;
1062
1063                 if (compound)
1064                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1065                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1066                         if (compound)
1067                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1068                         if (is_check_pages_enabled()) {
1069                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1070                                         bad++;
1071                                         continue;
1072                                 }
1073                         }
1074                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1075                 }
1076         }
1077         if (PageMappingFlags(page))
1078                 page->mapping = NULL;
1079         if (is_check_pages_enabled()) {
1080                 if (free_page_is_bad(page))
1081                         bad++;
1082                 if (bad)
1083                         return false;
1084         }
1085
1086         page_cpupid_reset_last(page);
1087         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1088         reset_page_owner(page, order);
1089         page_table_check_free(page, order);
1090         pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1091
1092         if (!PageHighMem(page)) {
1093                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1094                                            PAGE_SIZE << order);
1095                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1096                                            PAGE_SIZE << order);
1097         }
1098
1099         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1100
1101         /*
1102          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1103          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1104          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1105          *
1106          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1107          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1108          */
1109         if (!skip_kasan_poison) {
1110                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1111
1112                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1113                 if (kasan_has_integrated_init())
1114                         init = false;
1115         }
1116         if (init)
1117                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1118
1119         /*
1120          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1121          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1122          * happen after this.
1123          */
1124         arch_free_page(page, order);
1125
1126         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1127
1128         return true;
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Frees a number of pages from the PCP lists
1133  * Assumes all pages on list are in same zone.
1134  * count is the number of pages to free.
1135  */
1136 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1137                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1138                                         int pindex)
1139 {
1140         unsigned long flags;
1141         unsigned int order;
1142         struct page *page;
1143
1144         /*
1145          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1146          * below while (list_empty(list)) loop.
1147          */
1148         count = min(pcp->count, count);
1149
1150         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1151         pindex = pindex - 1;
1152
1153         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1154
1155         while (count > 0) {
1156                 struct list_head *list;
1157                 int nr_pages;
1158
1159                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1160                 do {
1161                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1162                                 pindex = 0;
1163                         list = &pcp->lists[pindex];
1164                 } while (list_empty(list));
1165
1166                 order = pindex_to_order(pindex);
1167                 nr_pages = 1 << order;
1168                 do {
1169                         unsigned long pfn;
1170                         int mt;
1171
1172                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1173                         pfn = page_to_pfn(page);
1174                         mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1175
1176                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1177                         list_del(&page->pcp_list);
1178                         count -= nr_pages;
1179                         pcp->count -= nr_pages;
1180
1181                         __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, FPI_NONE);
1182                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1183                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1184         }
1185
1186         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1187 }
1188
1189 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page,
1190                           unsigned long pfn, unsigned int order,
1191                           fpi_t fpi_flags)
1192 {
1193         unsigned long flags;
1194         int migratetype;
1195
1196         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1197         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1198         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1199         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1200 }
1201
1202 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1203                             fpi_t fpi_flags)
1204 {
1205         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1206         struct zone *zone = page_zone(page);
1207
1208         if (!free_pages_prepare(page, order))
1209                 return;
1210
1211         free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1212
1213         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1214 }
1215
1216 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1217 {
1218         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1219         struct page *p = page;
1220         unsigned int loop;
1221
1222         /*
1223          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1224          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1225          * refcount of all involved pages to 0.
1226          */
1227         prefetchw(p);
1228         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1229                 prefetchw(p + 1);
1230                 __ClearPageReserved(p);
1231                 set_page_count(p, 0);
1232         }
1233         __ClearPageReserved(p);
1234         set_page_count(p, 0);
1235
1236         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1237
1238         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1239                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1240                         return;
1241
1242                 accept_page(page, order);
1243         }
1244
1245         /*
1246          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1247          * relevant for memory onlining.
1248          */
1249         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1254  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1255  * with the migration of free compaction scanner.
1256  *
1257  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1258  *
1259  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1260  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1261  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1262  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1263  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1264  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1265  * page in a pageblock.
1266  *
1267  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1268  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1269  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1270  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1271  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1272  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1273  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1274  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1275  */
1276 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1277                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1278 {
1279         struct page *start_page;
1280         struct page *end_page;
1281
1282         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1283         end_pfn--;
1284
1285         if (!pfn_valid(end_pfn))
1286                 return NULL;
1287
1288         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1289         if (!start_page)
1290                 return NULL;
1291
1292         if (page_zone(start_page) != zone)
1293                 return NULL;
1294
1295         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1296
1297         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1298         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1299                 return NULL;
1300
1301         return start_page;
1302 }
1303
1304 /*
1305  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1306  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1307  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1308  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1309  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1310  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1311  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1312  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1313  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1314  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1315  *
1316  * -- nyc
1317  */
1318 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1319         int low, int high, int migratetype)
1320 {
1321         unsigned long size = 1 << high;
1322         unsigned long nr_added = 0;
1323
1324         while (high > low) {
1325                 high--;
1326                 size >>= 1;
1327                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1328
1329                 /*
1330                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1331                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1332                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1333                  * pages will stay not present in virtual address space
1334                  */
1335                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high))
1336                         continue;
1337
1338                 __add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype, false);
1339                 set_buddy_order(&page[size], high);
1340                 nr_added += size;
1341         }
1342         account_freepages(zone, nr_added, migratetype);
1343 }
1344
1345 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1346 {
1347         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1348                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1349                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1350                 return;
1351         }
1352
1353         bad_page(page,
1354                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1355 }
1356
1357 /*
1358  * This page is about to be returned from the page allocator
1359  */
1360 static bool check_new_page(struct page *page)
1361 {
1362         if (likely(page_expected_state(page,
1363                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1364                 return false;
1365
1366         check_new_page_bad(page);
1367         return true;
1368 }
1369
1370 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1371 {
1372         if (is_check_pages_enabled()) {
1373                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1374                         struct page *p = page + i;
1375
1376                         if (check_new_page(p))
1377                                 return true;
1378                 }
1379         }
1380
1381         return false;
1382 }
1383
1384 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1385 {
1386         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1387         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1388             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1389                 return false;
1390
1391         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1392         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1393                 return true;
1394
1395         /*
1396          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1397          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1398          */
1399         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1400 }
1401
1402 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1403 {
1404         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1405         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1406                 return false;
1407
1408         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1409         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1410 }
1411
1412 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1413                                 gfp_t gfp_flags)
1414 {
1415         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1416                         !should_skip_init(gfp_flags);
1417         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1418         int i;
1419
1420         set_page_private(page, 0);
1421         set_page_refcounted(page);
1422
1423         arch_alloc_page(page, order);
1424         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1425
1426         /*
1427          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1428          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1429          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1430          */
1431         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1432
1433         /*
1434          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1435          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1436          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1437          */
1438
1439         /*
1440          * If memory tags should be zeroed
1441          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1442          */
1443         if (zero_tags) {
1444                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1445                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1446                         tag_clear_highpage(page + i);
1447
1448                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1449                 init = false;
1450         }
1451         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1452             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1453                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1454                 if (kasan_has_integrated_init())
1455                         init = false;
1456         } else {
1457                 /*
1458                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1459                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1460                  */
1461                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1462                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1463         }
1464         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1465         if (init)
1466                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1467
1468         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1469         page_table_check_alloc(page, order);
1470         pgalloc_tag_add(page, current, 1 << order);
1471 }
1472
1473 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1474                                                         unsigned int alloc_flags)
1475 {
1476         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1477
1478         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1479                 prep_compound_page(page, order);
1480
1481         /*
1482          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1483          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1484          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1485          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1486          */
1487         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1488                 set_page_pfmemalloc(page);
1489         else
1490                 clear_page_pfmemalloc(page);
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1495  * the smallest available page from the freelists
1496  */
1497 static __always_inline
1498 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1499                                                 int migratetype)
1500 {
1501         unsigned int current_order;
1502         struct free_area *area;
1503         struct page *page;
1504
1505         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1506         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1507                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1508                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1509                 if (!page)
1510                         continue;
1511                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, migratetype);
1512                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1513                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1514                                 pcp_allowed_order(order) &&
1515                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1516                 return page;
1517         }
1518
1519         return NULL;
1520 }
1521
1522
1523 /*
1524  * This array describes the order lists are fallen back to when
1525  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1526  *
1527  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1528  */
1529 static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1530         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1531         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1532         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1533 };
1534
1535 #ifdef CONFIG_CMA
1536 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1537                                         unsigned int order)
1538 {
1539         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1540 }
1541 #else
1542 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1543                                         unsigned int order) { return NULL; }
1544 #endif
1545
1546 /*
1547  * Change the type of a block and move all its free pages to that
1548  * type's freelist.
1549  */
1550 static int __move_freepages_block(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1551                                   int old_mt, int new_mt)
1552 {
1553         struct page *page;
1554         unsigned long pfn, end_pfn;
1555         unsigned int order;
1556         int pages_moved = 0;
1557
1558         VM_WARN_ON(start_pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1559         end_pfn = pageblock_end_pfn(start_pfn);
1560
1561         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;) {
1562                 page = pfn_to_page(pfn);
1563                 if (!PageBuddy(page)) {
1564                         pfn++;
1565                         continue;
1566                 }
1567
1568                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1569                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1570                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1571
1572                 order = buddy_order(page);
1573
1574                 move_to_free_list(page, zone, order, old_mt, new_mt);
1575
1576                 pfn += 1 << order;
1577                 pages_moved += 1 << order;
1578         }
1579
1580         set_pageblock_migratetype(pfn_to_page(start_pfn), new_mt);
1581
1582         return pages_moved;
1583 }
1584
1585 static bool prep_move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1586                                       unsigned long *start_pfn,
1587                                       int *num_free, int *num_movable)
1588 {
1589         unsigned long pfn, start, end;
1590
1591         pfn = page_to_pfn(page);
1592         start = pageblock_start_pfn(pfn);
1593         end = pageblock_end_pfn(pfn);
1594
1595         /*
1596          * The caller only has the lock for @zone, don't touch ranges
1597          * that straddle into other zones. While we could move part of
1598          * the range that's inside the zone, this call is usually
1599          * accompanied by other operations such as migratetype updates
1600          * which also should be locked.
1601          */
1602         if (!zone_spans_pfn(zone, start))
1603                 return false;
1604         if (!zone_spans_pfn(zone, end - 1))
1605                 return false;
1606
1607         *start_pfn = start;
1608
1609         if (num_free) {
1610                 *num_free = 0;
1611                 *num_movable = 0;
1612                 for (pfn = start; pfn < end;) {
1613                         page = pfn_to_page(pfn);
1614                         if (PageBuddy(page)) {
1615                                 int nr = 1 << buddy_order(page);
1616
1617                                 *num_free += nr;
1618                                 pfn += nr;
1619                                 continue;
1620                         }
1621                         /*
1622                          * We assume that pages that could be isolated for
1623                          * migration are movable. But we don't actually try
1624                          * isolating, as that would be expensive.
1625                          */
1626                         if (PageLRU(page) || __PageMovable(page))
1627                                 (*num_movable)++;
1628                         pfn++;
1629                 }
1630         }
1631
1632         return true;
1633 }
1634
1635 static int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1636                                 int old_mt, int new_mt)
1637 {
1638         unsigned long start_pfn;
1639
1640         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1641                 return -1;
1642
1643         return __move_freepages_block(zone, start_pfn, old_mt, new_mt);
1644 }
1645
1646 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1647 /* Look for a buddy that straddles start_pfn */
1648 static unsigned long find_large_buddy(unsigned long start_pfn)
1649 {
1650         int order = 0;
1651         struct page *page;
1652         unsigned long pfn = start_pfn;
1653
1654         while (!PageBuddy(page = pfn_to_page(pfn))) {
1655                 /* Nothing found */
1656                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER)
1657                         return start_pfn;
1658                 pfn &= ~0UL << order;
1659         }
1660
1661         /*
1662          * Found a preceding buddy, but does it straddle?
1663          */
1664         if (pfn + (1 << buddy_order(page)) > start_pfn)
1665                 return pfn;
1666
1667         /* Nothing found */
1668         return start_pfn;
1669 }
1670
1671 /* Split a multi-block free page into its individual pageblocks */
1672 static void split_large_buddy(struct zone *zone, struct page *page,
1673                               unsigned long pfn, int order)
1674 {
1675         unsigned long end_pfn = pfn + (1 << order);
1676
1677         VM_WARN_ON_ONCE(order <= pageblock_order);
1678         VM_WARN_ON_ONCE(pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1679
1680         /* Caller removed page from freelist, buddy info cleared! */
1681         VM_WARN_ON_ONCE(PageBuddy(page));
1682
1683         while (pfn != end_pfn) {
1684                 int mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1685
1686                 __free_one_page(page, pfn, zone, pageblock_order, mt, FPI_NONE);
1687                 pfn += pageblock_nr_pages;
1688                 page = pfn_to_page(pfn);
1689         }
1690 }
1691
1692 /**
1693  * move_freepages_block_isolate - move free pages in block for page isolation
1694  * @zone: the zone
1695  * @page: the pageblock page
1696  * @migratetype: migratetype to set on the pageblock
1697  *
1698  * This is similar to move_freepages_block(), but handles the special
1699  * case encountered in page isolation, where the block of interest
1700  * might be part of a larger buddy spanning multiple pageblocks.
1701  *
1702  * Unlike the regular page allocator path, which moves pages while
1703  * stealing buddies off the freelist, page isolation is interested in
1704  * arbitrary pfn ranges that may have overlapping buddies on both ends.
1705  *
1706  * This function handles that. Straddling buddies are split into
1707  * individual pageblocks. Only the block of interest is moved.
1708  *
1709  * Returns %true if pages could be moved, %false otherwise.
1710  */
1711 bool move_freepages_block_isolate(struct zone *zone, struct page *page,
1712                                   int migratetype)
1713 {
1714         unsigned long start_pfn, pfn;
1715
1716         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1717                 return false;
1718
1719         /* No splits needed if buddies can't span multiple blocks */
1720         if (pageblock_order == MAX_PAGE_ORDER)
1721                 goto move;
1722
1723         /* We're a tail block in a larger buddy */
1724         pfn = find_large_buddy(start_pfn);
1725         if (pfn != start_pfn) {
1726                 struct page *buddy = pfn_to_page(pfn);
1727                 int order = buddy_order(buddy);
1728
1729                 del_page_from_free_list(buddy, zone, order,
1730                                         get_pfnblock_migratetype(buddy, pfn));
1731                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1732                 split_large_buddy(zone, buddy, pfn, order);
1733                 return true;
1734         }
1735
1736         /* We're the starting block of a larger buddy */
1737         if (PageBuddy(page) && buddy_order(page) > pageblock_order) {
1738                 int order = buddy_order(page);
1739
1740                 del_page_from_free_list(page, zone, order,
1741                                         get_pfnblock_migratetype(page, pfn));
1742                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1743                 split_large_buddy(zone, page, pfn, order);
1744                 return true;
1745         }
1746 move:
1747         __move_freepages_block(zone, start_pfn,
1748                                get_pfnblock_migratetype(page, start_pfn),
1749                                migratetype);
1750         return true;
1751 }
1752 #endif /* CONFIG_MEMORY_ISOLATION */
1753
1754 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1755                                         int start_order, int migratetype)
1756 {
1757         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1758
1759         while (nr_pageblocks--) {
1760                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1761                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1762         }
1763 }
1764
1765 /*
1766  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1767  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1768  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1769  *
1770  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1771  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1772  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1773  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1774  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1775  * pageblocks.
1776  */
1777 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1778 {
1779         /*
1780          * Leaving this order check is intended, although there is
1781          * relaxed order check in next check. The reason is that
1782          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1783          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1784          * so could be changed anytime.
1785          */
1786         if (order >= pageblock_order)
1787                 return true;
1788
1789         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1790                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1791                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1792                 page_group_by_mobility_disabled)
1793                 return true;
1794
1795         return false;
1796 }
1797
1798 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1799 {
1800         unsigned long max_boost;
1801
1802         if (!watermark_boost_factor)
1803                 return false;
1804         /*
1805          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1806          * On small machines, including kdump capture kernels running
1807          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1808          * memory situation immediately.
1809          */
1810         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1811                 return false;
1812
1813         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1814                         watermark_boost_factor, 10000);
1815
1816         /*
1817          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1818          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1819          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1820          * allocations that early means that reclaim is not going
1821          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1822          * boosted watermark resulting in a hang.
1823          */
1824         if (!max_boost)
1825                 return false;
1826
1827         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1828
1829         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1830                 max_boost);
1831
1832         return true;
1833 }
1834
1835 /*
1836  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough, we
1837  * can claim the whole pageblock for the requested migratetype. If not, we check
1838  * the pageblock for constituent pages; if at least half of the pages are free
1839  * or compatible, we can still claim the whole block, so pages freed in the
1840  * future will be put on the correct free list. Otherwise, we isolate exactly
1841  * the order we need from the fallback block and leave its migratetype alone.
1842  */
1843 static struct page *
1844 steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1845                         int current_order, int order, int start_type,
1846                         unsigned int alloc_flags, bool whole_block)
1847 {
1848         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1849         unsigned long start_pfn;
1850         int block_type;
1851
1852         block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1853
1854         /*
1855          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1856          * highatomic accounting.
1857          */
1858         if (is_migrate_highatomic(block_type))
1859                 goto single_page;
1860
1861         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1862         if (current_order >= pageblock_order) {
1863                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1864                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1865                 expand(zone, page, order, current_order, start_type);
1866                 return page;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1871          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1872          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1873          */
1874         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1875                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1876
1877         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1878         if (!whole_block)
1879                 goto single_page;
1880
1881         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1882         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, &free_pages,
1883                                        &movable_pages))
1884                 goto single_page;
1885
1886         /*
1887          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1888          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1889          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1890          */
1891         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1892                 alike_pages = movable_pages;
1893         } else {
1894                 /*
1895                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1896                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1897                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1898                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1899                  * exact migratetype of non-movable pages.
1900                  */
1901                 if (block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1902                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1903                                                 - (free_pages + movable_pages);
1904                 else
1905                         alike_pages = 0;
1906         }
1907         /*
1908          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1909          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1910          */
1911         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1912                         page_group_by_mobility_disabled) {
1913                 __move_freepages_block(zone, start_pfn, block_type, start_type);
1914                 return __rmqueue_smallest(zone, order, start_type);
1915         }
1916
1917 single_page:
1918         del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1919         expand(zone, page, order, current_order, block_type);
1920         return page;
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1925  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1926  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1927  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1928  */
1929 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1930                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1931 {
1932         int i;
1933         int fallback_mt;
1934
1935         if (area->nr_free == 0)
1936                 return -1;
1937
1938         *can_steal = false;
1939         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1940                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1941                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1942                         continue;
1943
1944                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1945                         *can_steal = true;
1946
1947                 if (!only_stealable)
1948                         return fallback_mt;
1949
1950                 if (*can_steal)
1951                         return fallback_mt;
1952         }
1953
1954         return -1;
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Reserve the pageblock(s) surrounding an allocation request for
1959  * exclusive use of high-order atomic allocations if there are no
1960  * empty page blocks that contain a page with a suitable order
1961  */
1962 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, int order,
1963                                          struct zone *zone)
1964 {
1965         int mt;
1966         unsigned long max_managed, flags;
1967
1968         /*
1969          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1970          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1971          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1972          * Check is race-prone but harmless.
1973          */
1974         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1975                 return;
1976         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1977         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1978                 return;
1979
1980         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1981
1982         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1983         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1984                 goto out_unlock;
1985
1986         /* Yoink! */
1987         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1988         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1989         if (!migratetype_is_mergeable(mt))
1990                 goto out_unlock;
1991
1992         if (order < pageblock_order) {
1993                 if (move_freepages_block(zone, page, mt, MIGRATE_HIGHATOMIC) == -1)
1994                         goto out_unlock;
1995                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1996         } else {
1997                 change_pageblock_range(page, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1998                 zone->nr_reserved_highatomic += 1 << order;
1999         }
2000
2001 out_unlock:
2002         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2003 }
2004
2005 /*
2006  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2007  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2008  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2009  * to recover from than an OOM.
2010  *
2011  * If @force is true, try to unreserve pageblocks even though highatomic
2012  * pageblock is exhausted.
2013  */
2014 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2015                                                 bool force)
2016 {
2017         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2018         unsigned long flags;
2019         struct zoneref *z;
2020         struct zone *zone;
2021         struct page *page;
2022         int order;
2023         int ret;
2024
2025         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2026                                                                 ac->nodemask) {
2027                 /*
2028                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2029                  * is really high.
2030                  */
2031                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2032                                         pageblock_nr_pages)
2033                         continue;
2034
2035                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2036                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
2037                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2038                         int mt;
2039
2040                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2041                         if (!page)
2042                                 continue;
2043
2044                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2045                         /*
2046                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2047                          * we can counter several free pages in a pageblock
2048                          * in this loop although we changed the pageblock type
2049                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2050                          * adjust the count once.
2051                          */
2052                         if (is_migrate_highatomic(mt)) {
2053                                 unsigned long size;
2054                                 /*
2055                                  * It should never happen but changes to
2056                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2057                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2058                                  * while unreserving so be safe and watch for
2059                                  * underflows.
2060                                  */
2061                                 size = max(pageblock_nr_pages, 1UL << order);
2062                                 size = min(size, zone->nr_reserved_highatomic);
2063                                 zone->nr_reserved_highatomic -= size;
2064                         }
2065
2066                         /*
2067                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2068                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2069                          * is doing the work and needs the pages. More
2070                          * importantly, if the block was always converted to
2071                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2072                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2073                          * may increase.
2074                          */
2075                         if (order < pageblock_order)
2076                                 ret = move_freepages_block(zone, page, mt,
2077                                                            ac->migratetype);
2078                         else {
2079                                 move_to_free_list(page, zone, order, mt,
2080                                                   ac->migratetype);
2081                                 change_pageblock_range(page, order,
2082                                                        ac->migratetype);
2083                                 ret = 1;
2084                         }
2085                         /*
2086                          * Reserving the block(s) already succeeded,
2087                          * so this should not fail on zone boundaries.
2088                          */
2089                         WARN_ON_ONCE(ret == -1);
2090                         if (ret > 0) {
2091                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2092                                 return ret;
2093                         }
2094                 }
2095                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2096         }
2097
2098         return false;
2099 }
2100
2101 /*
2102  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2103  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2104  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2105  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2106  *
2107  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2108  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2109  * condition simpler.
2110  */
2111 static __always_inline struct page *
2112 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2113                                                 unsigned int alloc_flags)
2114 {
2115         struct free_area *area;
2116         int current_order;
2117         int min_order = order;
2118         struct page *page;
2119         int fallback_mt;
2120         bool can_steal;
2121
2122         /*
2123          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2124          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2125          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2126          */
2127         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2128                 min_order = pageblock_order;
2129
2130         /*
2131          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2132          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2133          * would be too costly to do exactly.
2134          */
2135         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2136                                 --current_order) {
2137                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2138                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2139                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2140                 if (fallback_mt == -1)
2141                         continue;
2142
2143                 /*
2144                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2145                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2146                  * steal and split the smallest available page instead of the
2147                  * largest available page, because even if the next movable
2148                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2149                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2150                  */
2151                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2152                                         && current_order > order)
2153                         goto find_smallest;
2154
2155                 goto do_steal;
2156         }
2157
2158         return NULL;
2159
2160 find_smallest:
2161         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2162                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2163                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2164                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2165                 if (fallback_mt != -1)
2166                         break;
2167         }
2168
2169         /*
2170          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2171          * when looking for the largest page.
2172          */
2173         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2174
2175 do_steal:
2176         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2177
2178         /* take off list, maybe claim block, expand remainder */
2179         page = steal_suitable_fallback(zone, page, current_order, order,
2180                                        start_migratetype, alloc_flags, can_steal);
2181
2182         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2183                 start_migratetype, fallback_mt);
2184
2185         return page;
2186 }
2187
2188 /*
2189  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2190  * Call me with the zone->lock already held.
2191  */
2192 static __always_inline struct page *
2193 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2194                                                 unsigned int alloc_flags)
2195 {
2196         struct page *page;
2197
2198         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2199                 /*
2200                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2201                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2202                  * is in the CMA area.
2203                  */
2204                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2205                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2206                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2207                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2208                         if (page)
2209                                 return page;
2210                 }
2211         }
2212
2213         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2214         if (unlikely(!page)) {
2215                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2216                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2217
2218                 if (!page)
2219                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2220                                                   alloc_flags);
2221         }
2222         return page;
2223 }
2224
2225 /*
2226  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2227  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2228  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2229  */
2230 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2231                         unsigned long count, struct list_head *list,
2232                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2233 {
2234         unsigned long flags;
2235         int i;
2236
2237         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2238         for (i = 0; i < count; ++i) {
2239                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2240                                                                 alloc_flags);
2241                 if (unlikely(page == NULL))
2242                         break;
2243
2244                 /*
2245                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2246                  * physical page order. The page is added to the tail of
2247                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2248                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2249                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2250                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2251                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2252                  * pages are ordered properly.
2253                  */
2254                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2255         }
2256         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2257
2258         return i;
2259 }
2260
2261 /*
2262  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2263  * Return whether there are addition works to do.
2264  */
2265 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2266 {
2267         int high_min, to_drain, batch;
2268         int todo = 0;
2269
2270         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2271         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2272         /*
2273          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2274          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2275          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2276          */
2277         if (pcp->high > high_min) {
2278                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2279                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2280                 if (pcp->high > high_min)
2281                         todo++;
2282         }
2283
2284         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2285         if (to_drain > 0) {
2286                 spin_lock(&pcp->lock);
2287                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2288                 spin_unlock(&pcp->lock);
2289                 todo++;
2290         }
2291
2292         return todo;
2293 }
2294
2295 #ifdef CONFIG_NUMA
2296 /*
2297  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2298  * currently executing processor on remote nodes after they have
2299  * expired.
2300  */
2301 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2302 {
2303         int to_drain, batch;
2304
2305         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2306         to_drain = min(pcp->count, batch);
2307         if (to_drain > 0) {
2308                 spin_lock(&pcp->lock);
2309                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2310                 spin_unlock(&pcp->lock);
2311         }
2312 }
2313 #endif
2314
2315 /*
2316  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2317  */
2318 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2319 {
2320         struct per_cpu_pages *pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2321         int count = READ_ONCE(pcp->count);
2322
2323         while (count) {
2324                 int to_drain = min(count, pcp->batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2325                 count -= to_drain;
2326
2327                 spin_lock(&pcp->lock);
2328                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2329                 spin_unlock(&pcp->lock);
2330         }
2331 }
2332
2333 /*
2334  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2335  */
2336 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2337 {
2338         struct zone *zone;
2339
2340         for_each_populated_zone(zone) {
2341                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2342         }
2343 }
2344
2345 /*
2346  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2347  */
2348 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2349 {
2350         int cpu = smp_processor_id();
2351
2352         if (zone)
2353                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2354         else
2355                 drain_pages(cpu);
2356 }
2357
2358 /*
2359  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2360  * drain on all cpus.
2361  *
2362  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2363  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2364  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2365  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2366  * optimizing racy check.
2367  */
2368 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2369 {
2370         int cpu;
2371
2372         /*
2373          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2374          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2375          */
2376         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2377
2378         /*
2379          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2380          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2381          * the drain to be complete when the call returns.
2382          */
2383         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2384                 if (!zone)
2385                         return;
2386                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2387         }
2388
2389         /*
2390          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2391          * as offline notification will cause the notified
2392          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2393          * disables preemption as part of its processing
2394          */
2395         for_each_online_cpu(cpu) {
2396                 struct per_cpu_pages *pcp;
2397                 struct zone *z;
2398                 bool has_pcps = false;
2399
2400                 if (force_all_cpus) {
2401                         /*
2402                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2403                          * guarantee that no cpu is missed.
2404                          */
2405                         has_pcps = true;
2406                 } else if (zone) {
2407                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2408                         if (pcp->count)
2409                                 has_pcps = true;
2410                 } else {
2411                         for_each_populated_zone(z) {
2412                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2413                                 if (pcp->count) {
2414                                         has_pcps = true;
2415                                         break;
2416                                 }
2417                         }
2418                 }
2419
2420                 if (has_pcps)
2421                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2422                 else
2423                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2424         }
2425
2426         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2427                 if (zone)
2428                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2429                 else
2430                         drain_pages(cpu);
2431         }
2432
2433         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2434 }
2435
2436 /*
2437  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2438  *
2439  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2440  */
2441 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2442 {
2443         __drain_all_pages(zone, false);
2444 }
2445
2446 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2447 {
2448         int min_nr_free, max_nr_free;
2449
2450         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2451         if (unlikely(free_high))
2452                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2453
2454         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2455         if (unlikely(high < batch))
2456                 return 1;
2457
2458         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2459         min_nr_free = batch;
2460         max_nr_free = high - batch;
2461
2462         /*
2463          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2464          * freed pages to reduce zone lock contention.
2465          */
2466         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2467
2468         return batch;
2469 }
2470
2471 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2472                        int batch, bool free_high)
2473 {
2474         int high, high_min, high_max;
2475
2476         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2477         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2478         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2479
2480         if (unlikely(!high))
2481                 return 0;
2482
2483         if (unlikely(free_high)) {
2484                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2485                                 high_min);
2486                 return 0;
2487         }
2488
2489         /*
2490          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2491          * stored on pcp lists
2492          */
2493         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2494                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2495
2496                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2497                 return min(batch << 2, pcp->high);
2498         }
2499
2500         if (high_min == high_max)
2501                 return high;
2502
2503         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2504                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2505
2506                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2507                 high = max(pcp->count, high_min);
2508         } else if (pcp->count >= high) {
2509                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2510
2511                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2512                 if (pcp->high < need_high)
2513                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2514         }
2515
2516         return high;
2517 }
2518
2519 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2520                                    struct page *page, int migratetype,
2521                                    unsigned int order)
2522 {
2523         int high, batch;
2524         int pindex;
2525         bool free_high = false;
2526
2527         /*
2528          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2529          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2530          * allocations.
2531          */
2532         pcp->alloc_factor >>= 1;
2533         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2534         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2535         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2536         pcp->count += 1 << order;
2537
2538         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2539         /*
2540          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2541          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2542          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2543          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2544          */
2545         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2546                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2547                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2548                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2549                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2550                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2551         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2552                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2553         }
2554         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2555                 pcp->free_count += (1 << order);
2556         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2557         if (pcp->count >= high) {
2558                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2559                                    pcp, pindex);
2560                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2561                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2562                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2563                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2564         }
2565 }
2566
2567 /*
2568  * Free a pcp page
2569  */
2570 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2571 {
2572         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2573         struct per_cpu_pages *pcp;
2574         struct zone *zone;
2575         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2576         int migratetype;
2577
2578         if (!pcp_allowed_order(order)) {
2579                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
2580                 return;
2581         }
2582
2583         if (!free_pages_prepare(page, order))
2584                 return;
2585
2586         /*
2587          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2588          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2589          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2590          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2591          * excessively into the page allocator
2592          */
2593         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2594         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2595                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2596                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, FPI_NONE);
2597                         return;
2598                 }
2599                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2600         }
2601
2602         zone = page_zone(page);
2603         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2604         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2605         if (pcp) {
2606                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2607                 pcp_spin_unlock(pcp);
2608         } else {
2609                 free_one_page(zone, page, pfn, order, FPI_NONE);
2610         }
2611         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2612 }
2613
2614 /*
2615  * Free a batch of folios
2616  */
2617 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2618 {
2619         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2620         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2621         struct zone *locked_zone = NULL;
2622         int i, j;
2623
2624         /* Prepare folios for freeing */
2625         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2626                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2627                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2628                 unsigned int order = folio_order(folio);
2629
2630                 if (order > 0 && folio_test_large_rmappable(folio))
2631                         folio_undo_large_rmappable(folio);
2632                 if (!free_pages_prepare(&folio->page, order))
2633                         continue;
2634                 /*
2635                  * Free orders not handled on the PCP directly to the
2636                  * allocator.
2637                  */
2638                 if (!pcp_allowed_order(order)) {
2639                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page,
2640                                       pfn, order, FPI_NONE);
2641                         continue;
2642                 }
2643                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2644                 if (j != i)
2645                         folios->folios[j] = folio;
2646                 j++;
2647         }
2648         folios->nr = j;
2649
2650         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2651                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2652                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2653                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2654                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2655                 int migratetype;
2656
2657                 folio->private = NULL;
2658                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(&folio->page, pfn);
2659
2660                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2661                 if (zone != locked_zone ||
2662                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2663                         if (pcp) {
2664                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2665                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2666                                 locked_zone = NULL;
2667                                 pcp = NULL;
2668                         }
2669
2670                         /*
2671                          * Free isolated pages directly to the
2672                          * allocator, see comment in free_unref_page.
2673                          */
2674                         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
2675                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2676                                               order, FPI_NONE);
2677                                 continue;
2678                         }
2679
2680                         /*
2681                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2682                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2683                          */
2684                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2685                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2686                         if (unlikely(!pcp)) {
2687                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2688                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2689                                               order, FPI_NONE);
2690                                 continue;
2691                         }
2692                         locked_zone = zone;
2693                 }
2694
2695                 /*
2696                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2697                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2698                  */
2699                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2700                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2701
2702                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2703                 free_unref_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2704                                 order);
2705         }
2706
2707         if (pcp) {
2708                 pcp_spin_unlock(pcp);
2709                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2710         }
2711         folio_batch_reinit(folios);
2712 }
2713
2714 /*
2715  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2716  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2717  * Each sub-page must be freed individually.
2718  *
2719  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2720  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2721  */
2722 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2723 {
2724         int i;
2725
2726         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2727         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2728
2729         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2730                 set_page_refcounted(page + i);
2731         split_page_owner(page, order, 0);
2732         pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
2733         split_page_memcg(page, order, 0);
2734 }
2735 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2736
2737 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2738 {
2739         struct zone *zone = page_zone(page);
2740         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2741
2742         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2743                 unsigned long watermark;
2744                 /*
2745                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2746                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2747                  * watermark, because we already know our high-order page
2748                  * exists.
2749                  */
2750                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2751                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2752                         return 0;
2753         }
2754
2755         del_page_from_free_list(page, zone, order, mt);
2756
2757         /*
2758          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2759          * pageblock
2760          */
2761         if (order >= pageblock_order - 1) {
2762                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2763                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2764                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2765                         /*
2766                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2767                          * with others)
2768                          */
2769                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2770                                 move_freepages_block(zone, page, mt,
2771                                                      MIGRATE_MOVABLE);
2772                 }
2773         }
2774
2775         return 1UL << order;
2776 }
2777
2778 /**
2779  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2780  * @page: Page that was isolated
2781  * @order: Order of the isolated page
2782  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2783  *
2784  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2785  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2786  */
2787 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2788 {
2789         struct zone *zone = page_zone(page);
2790
2791         /* zone lock should be held when this function is called */
2792         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2793
2794         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2795         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2796                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2797 }
2798
2799 /*
2800  * Update NUMA hit/miss statistics
2801  */
2802 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2803                                    long nr_account)
2804 {
2805 #ifdef CONFIG_NUMA
2806         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2807
2808         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2809         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2810                 return;
2811
2812         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2813                 local_stat = NUMA_OTHER;
2814
2815         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2816                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2817         else {
2818                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2819                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2820         }
2821         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2822 #endif
2823 }
2824
2825 static __always_inline
2826 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2827                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2828                            int migratetype)
2829 {
2830         struct page *page;
2831         unsigned long flags;
2832
2833         do {
2834                 page = NULL;
2835                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2836                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2837                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2838                 if (!page) {
2839                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2840
2841                         /*
2842                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2843                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2844                          * failing a high-order atomic allocation in the
2845                          * future.
2846                          */
2847                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2848                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2849
2850                         if (!page) {
2851                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2852                                 return NULL;
2853                         }
2854                 }
2855                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2856         } while (check_new_pages(page, order));
2857
2858         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2859         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2860
2861         return page;
2862 }
2863
2864 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2865 {
2866         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2867         int high_max, high_min;
2868
2869         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2870         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2871         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2872         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2873
2874         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2875         if (unlikely(high < base_batch))
2876                 return 1;
2877
2878         if (order)
2879                 batch = base_batch;
2880         else
2881                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2882
2883         /*
2884          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2885          * zone.
2886          */
2887         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2888                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2889
2890         if (!order) {
2891                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2892                 /*
2893                  * Double the number of pages allocated each time there is
2894                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2895                  */
2896                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2897                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2898                         pcp->alloc_factor++;
2899                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2900         }
2901
2902         /*
2903          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2904          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2905          * for boot pagesets which should never store free pages as
2906          * the pages may belong to arbitrary zones.
2907          */
2908         if (batch > 1)
2909                 batch = max(batch >> order, 2);
2910
2911         return batch;
2912 }
2913
2914 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2915 static inline
2916 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2917                         int migratetype,
2918                         unsigned int alloc_flags,
2919                         struct per_cpu_pages *pcp,
2920                         struct list_head *list)
2921 {
2922         struct page *page;
2923
2924         do {
2925                 if (list_empty(list)) {
2926                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2927                         int alloced;
2928
2929                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2930                                         batch, list,
2931                                         migratetype, alloc_flags);
2932
2933                         pcp->count += alloced << order;
2934                         if (unlikely(list_empty(list)))
2935                                 return NULL;
2936                 }
2937
2938                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2939                 list_del(&page->pcp_list);
2940                 pcp->count -= 1 << order;
2941         } while (check_new_pages(page, order));
2942
2943         return page;
2944 }
2945
2946 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2947 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2948                         struct zone *zone, unsigned int order,
2949                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2950 {
2951         struct per_cpu_pages *pcp;
2952         struct list_head *list;
2953         struct page *page;
2954         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2955
2956         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2957         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2958         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2959         if (!pcp) {
2960                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2961                 return NULL;
2962         }
2963
2964         /*
2965          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2966          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2967          * frees.
2968          */
2969         pcp->free_count >>= 1;
2970         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2971         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2972         pcp_spin_unlock(pcp);
2973         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2974         if (page) {
2975                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2976                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2977         }
2978         return page;
2979 }
2980
2981 /*
2982  * Allocate a page from the given zone.
2983  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2984  */
2985
2986 /*
2987  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2988  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2989  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2990  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2991  */
2992 __no_sanitize_memory
2993 static inline
2994 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2995                         struct zone *zone, unsigned int order,
2996                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2997                         int migratetype)
2998 {
2999         struct page *page;
3000
3001         /*
3002          * We most definitely don't want callers attempting to
3003          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3004          */
3005         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3006
3007         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3008                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3009                                        migratetype, alloc_flags);
3010                 if (likely(page))
3011                         goto out;
3012         }
3013
3014         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3015                                                         migratetype);
3016
3017 out:
3018         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3019         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
3020             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3021                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3022                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3023         }
3024
3025         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3026         return page;
3027 }
3028
3029 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3030 {
3031         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3032 }
3033 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3034
3035 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3036                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3037 {
3038         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3039
3040         /*
3041          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3042          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3043          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3044          */
3045         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3046                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3047
3048 #ifdef CONFIG_CMA
3049         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3050         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3051                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3052 #endif
3053 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
3054         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
3055 #endif
3056
3057         return unusable_free;
3058 }
3059
3060 /*
3061  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3062  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3063  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3064  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3065  */
3066 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3067                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3068                          long free_pages)
3069 {
3070         long min = mark;
3071         int o;
3072
3073         /* free_pages may go negative - that's OK */
3074         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3075
3076         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3077                 /*
3078                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3079                  * as OOM.
3080                  */
3081                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3082                         min -= min / 2;
3083
3084                         /*
3085                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3086                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3087                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3088                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3089                          * access to the min reserve.
3090                          */
3091                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3092                                 min -= min / 4;
3093                 }
3094
3095                 /*
3096                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3097                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3098                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3099                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3100                  */
3101                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3102                         min -= min / 2;
3103         }
3104
3105         /*
3106          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3107          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3108          * even if a suitable page happened to be free.
3109          */
3110         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3111                 return false;
3112
3113         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3114         if (!order)
3115                 return true;
3116
3117         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3118         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3119                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3120                 int mt;
3121
3122                 if (!area->nr_free)
3123                         continue;
3124
3125                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3126                         if (!free_area_empty(area, mt))
3127                                 return true;
3128                 }
3129
3130 #ifdef CONFIG_CMA
3131                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3132                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3133                         return true;
3134                 }
3135 #endif
3136                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3137                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3138                         return true;
3139                 }
3140         }
3141         return false;
3142 }
3143
3144 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3145                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3146 {
3147         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3148                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3149 }
3150
3151 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3152                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3153                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3154 {
3155         long free_pages;
3156
3157         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3158
3159         /*
3160          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3161          * need to be calculated.
3162          */
3163         if (!order) {
3164                 long usable_free;
3165                 long reserved;
3166
3167                 usable_free = free_pages;
3168                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3169
3170                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3171                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3172                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3173                         return true;
3174         }
3175
3176         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3177                                         free_pages))
3178                 return true;
3179
3180         /*
3181          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3182          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3183          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3184          * when below the low watermark.
3185          */
3186         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3187                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3188                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3189                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3190                                         alloc_flags, free_pages);
3191         }
3192
3193         return false;
3194 }
3195
3196 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3197                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3198 {
3199         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3200
3201         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3202                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3203
3204         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3205                                                                 free_pages);
3206 }
3207
3208 #ifdef CONFIG_NUMA
3209 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3210
3211 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3212 {
3213         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3214                                 node_reclaim_distance;
3215 }
3216 #else   /* CONFIG_NUMA */
3217 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3218 {
3219         return true;
3220 }
3221 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3222
3223 /*
3224  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3225  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3226  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3227  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3228  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3229  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3230  */
3231 static inline unsigned int
3232 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3233 {
3234         unsigned int alloc_flags;
3235
3236         /*
3237          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3238          * to save a branch.
3239          */
3240         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3241
3242 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3243         if (!zone)
3244                 return alloc_flags;
3245
3246         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3247                 return alloc_flags;
3248
3249         /*
3250          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3251          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3252          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3253          */
3254         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3255         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3256                 return alloc_flags;
3257
3258         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3259 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3260         return alloc_flags;
3261 }
3262
3263 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3264 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3265                                                   unsigned int alloc_flags)
3266 {
3267 #ifdef CONFIG_CMA
3268         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3269                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3270 #endif
3271         return alloc_flags;
3272 }
3273
3274 /*
3275  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3276  * a page.
3277  */
3278 static struct page *
3279 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3280                                                 const struct alloc_context *ac)
3281 {
3282         struct zoneref *z;
3283         struct zone *zone;
3284         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3285         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3286         bool no_fallback;
3287
3288 retry:
3289         /*
3290          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3291          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3292          */
3293         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3294         z = ac->preferred_zoneref;
3295         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3296                                         ac->nodemask) {
3297                 struct page *page;
3298                 unsigned long mark;
3299
3300                 if (cpusets_enabled() &&
3301                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3302                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3303                                 continue;
3304                 /*
3305                  * When allocating a page cache page for writing, we
3306                  * want to get it from a node that is within its dirty
3307                  * limit, such that no single node holds more than its
3308                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3309                  * The dirty limits take into account the node's
3310                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3311                  * should be able to balance it without having to
3312                  * write pages from its LRU list.
3313                  *
3314                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3315                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3316                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3317                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3318                  * nodes are together not big enough to reach the
3319                  * global limit.  The proper fix for these situations
3320                  * will require awareness of nodes in the
3321                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3322                  */
3323                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3324                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3325                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3326                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3327                         }
3328
3329                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3330                                 continue;
3331                 }
3332
3333                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3334                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3335                         int local_nid;
3336
3337                         /*
3338                          * If moving to a remote node, retry but allow
3339                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3340                          * than fragmentation avoidance.
3341                          */
3342                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3343                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3344                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3345                                 goto retry;
3346                         }
3347                 }
3348
3349                 /*
3350                  * Detect whether the number of free pages is below high
3351                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3352                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3353                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3354                  * avoid to do that in hotter free path.
3355                  */
3356                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3357                         goto check_alloc_wmark;
3358
3359                 mark = high_wmark_pages(zone);
3360                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3361                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3362                                         gfp_mask))
3363                         goto try_this_zone;
3364                 else
3365                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3366
3367 check_alloc_wmark:
3368                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3369                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3370                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3371                                        gfp_mask)) {
3372                         int ret;
3373
3374                         if (has_unaccepted_memory()) {
3375                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3376                                         goto try_this_zone;
3377                         }
3378
3379 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3380                         /*
3381                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3382                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3383                          */
3384                         if (deferred_pages_enabled()) {
3385                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3386                                         goto try_this_zone;
3387                         }
3388 #endif
3389                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3390                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3391                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3392                                 goto try_this_zone;
3393
3394                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3395                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3396                                 continue;
3397
3398                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3399                         switch (ret) {
3400                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3401                                 /* did not scan */
3402                                 continue;
3403                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3404                                 /* scanned but unreclaimable */
3405                                 continue;
3406                         default:
3407                                 /* did we reclaim enough */
3408                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3409                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3410                                         goto try_this_zone;
3411
3412                                 continue;
3413                         }
3414                 }
3415
3416 try_this_zone:
3417                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3418                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3419                 if (page) {
3420                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3421
3422                         /*
3423                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3424                          * if the pageblock should be reserved for the future
3425                          */
3426                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3427                                 reserve_highatomic_pageblock(page, order, zone);
3428
3429                         return page;
3430                 } else {
3431                         if (has_unaccepted_memory()) {
3432                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3433                                         goto try_this_zone;
3434                         }
3435
3436 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3437                         /* Try again if zone has deferred pages */
3438                         if (deferred_pages_enabled()) {
3439                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3440                                         goto try_this_zone;
3441                         }
3442 #endif
3443                 }
3444         }
3445
3446         /*
3447          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3448          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3449          */
3450         if (no_fallback) {
3451                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3452                 goto retry;
3453         }
3454
3455         return NULL;
3456 }
3457
3458 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3459 {
3460         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3461
3462         /*
3463          * This documents exceptions given to allocations in certain
3464          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3465          * of allowed nodes.
3466          */
3467         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3468                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3469                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3470                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3471         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3472                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3473
3474         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3475 }
3476
3477 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3478 {
3479         struct va_format vaf;
3480         va_list args;
3481         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3482
3483         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3484              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3485              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3486                 return;
3487
3488         va_start(args, fmt);
3489         vaf.fmt = fmt;
3490         vaf.va = &args;
3491         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3492                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3493                         nodemask_pr_args(nodemask));
3494         va_end(args);
3495
3496         cpuset_print_current_mems_allowed();
3497         pr_cont("\n");
3498         dump_stack();
3499         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3500 }
3501
3502 static inline struct page *
3503 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3504                               unsigned int alloc_flags,
3505                               const struct alloc_context *ac)
3506 {
3507         struct page *page;
3508
3509         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3510                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3511         /*
3512          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3513          * are depleted
3514          */
3515         if (!page)
3516                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3517                                 alloc_flags, ac);
3518
3519         return page;
3520 }
3521
3522 static inline struct page *
3523 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3524         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3525 {
3526         struct oom_control oc = {
3527                 .zonelist = ac->zonelist,
3528                 .nodemask = ac->nodemask,
3529                 .memcg = NULL,
3530                 .gfp_mask = gfp_mask,
3531                 .order = order,
3532         };
3533         struct page *page;
3534
3535         *did_some_progress = 0;
3536
3537         /*
3538          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3539          * making progress for us.
3540          */
3541         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3542                 *did_some_progress = 1;
3543                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3544                 return NULL;
3545         }
3546
3547         /*
3548          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3549          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3550          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3551          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3552          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3553          */
3554         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3555                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3556                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3557         if (page)
3558                 goto out;
3559
3560         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3561         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3562                 goto out;
3563         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3564         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3565                 goto out;
3566         /*
3567          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3568          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3569          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3570          * fallback than shooting a random task.
3571          *
3572          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3573          */
3574         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3575                 goto out;
3576         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3577         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3578                 goto out;
3579         if (pm_suspended_storage())
3580                 goto out;
3581         /*
3582          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3583          * other request to make a forward progress.
3584          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3585          * do much for this context but let's try it to at least get
3586          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3587          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3588          * failures more gracefully we should just bail out here.
3589          */
3590
3591         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3592         if (out_of_memory(&oc) ||
3593             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3594                 *did_some_progress = 1;
3595
3596                 /*
3597                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3598                  * reserves
3599                  */
3600                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3601                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3602                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3603         }
3604 out:
3605         mutex_unlock(&oom_lock);
3606         return page;
3607 }
3608
3609 /*
3610  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3611  * killer is consider as the only way to move forward.
3612  */
3613 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3614
3615 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3616 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3617 static struct page *
3618 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3619                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3620                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3621 {
3622         struct page *page = NULL;
3623         unsigned long pflags;
3624         unsigned int noreclaim_flag;
3625
3626         if (!order)
3627                 return NULL;
3628
3629         psi_memstall_enter(&pflags);
3630         delayacct_compact_start();
3631         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3632
3633         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3634                                                                 prio, &page);
3635
3636         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3637         psi_memstall_leave(&pflags);
3638         delayacct_compact_end();
3639
3640         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3641                 return NULL;
3642         /*
3643          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3644          * count a compaction stall
3645          */
3646         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3647
3648         /* Prep a captured page if available */
3649         if (page)
3650                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3651
3652         /* Try get a page from the freelist if available */
3653         if (!page)
3654                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3655
3656         if (page) {
3657                 struct zone *zone = page_zone(page);
3658
3659                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3660                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3661                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3662                 return page;
3663         }
3664
3665         /*
3666          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3667          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3668          */
3669         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3670
3671         cond_resched();
3672
3673         return NULL;
3674 }
3675
3676 static inline bool
3677 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3678                      enum compact_result compact_result,
3679                      enum compact_priority *compact_priority,
3680                      int *compaction_retries)
3681 {
3682         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3683         int min_priority;
3684         bool ret = false;
3685         int retries = *compaction_retries;
3686         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3687
3688         if (!order)
3689                 return false;
3690
3691         if (fatal_signal_pending(current))
3692                 return false;
3693
3694         /*
3695          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3696          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3697          */
3698         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3699                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3700                 goto out;
3701         }
3702
3703         /*
3704          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3705          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3706          */
3707         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3708                 /*
3709                  * !costly requests are much more important than
3710                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3711                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3712                  * costly can fail and users are ready to cope with
3713                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3714                  * need much more detailed feedback from compaction to
3715                  * make a better decision.
3716                  */
3717                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3718                         max_retries /= 4;
3719
3720                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3721                         ret = true;
3722                         goto out;
3723                 }
3724         }
3725
3726         /*
3727          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3728          */
3729         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3730                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3731
3732         if (*compact_priority > min_priority) {
3733                 (*compact_priority)--;
3734                 *compaction_retries = 0;
3735                 ret = true;
3736         }
3737 out:
3738         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3739         return ret;
3740 }
3741 #else
3742 static inline struct page *
3743 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3744                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3745                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3746 {
3747         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3748         return NULL;
3749 }
3750
3751 static inline bool
3752 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3753                      enum compact_result compact_result,
3754                      enum compact_priority *compact_priority,
3755                      int *compaction_retries)
3756 {
3757         struct zone *zone;
3758         struct zoneref *z;
3759
3760         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3761                 return false;
3762
3763         /*
3764          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3765          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3766          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3767          * watermarks are OK.
3768          */
3769         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3770                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3771                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3772                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3773                         return true;
3774         }
3775         return false;
3776 }
3777 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3778
3779 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3780 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3781         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3782
3783 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3784 {
3785         /* no reclaim without waiting on it */
3786         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3787                 return false;
3788
3789         /* this guy won't enter reclaim */
3790         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3791                 return false;
3792
3793         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3794                 return false;
3795
3796         return true;
3797 }
3798
3799 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3800 {
3801         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3802 }
3803
3804 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3805 {
3806         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3807 }
3808
3809 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3810 {
3811         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3812
3813         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3814                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3815                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3816
3817 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3818                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3819                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3820 #endif
3821
3822         }
3823 }
3824 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3825
3826 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3827 {
3828         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3829
3830         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3831                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3832                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3833         }
3834 }
3835 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3836 #endif
3837
3838 /*
3839  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3840  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3841  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3842  * embedded spin_lock.
3843  */
3844 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3845
3846 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3847 {
3848         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3849                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3850
3851         return 0;
3852 }
3853
3854 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3855 {
3856         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3857                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3858
3859         return seq;
3860 }
3861
3862 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3863 static unsigned long
3864 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3865                                         const struct alloc_context *ac)
3866 {
3867         unsigned int noreclaim_flag;
3868         unsigned long progress;
3869
3870         cond_resched();
3871
3872         /* We now go into synchronous reclaim */
3873         cpuset_memory_pressure_bump();
3874         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3875         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3876
3877         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3878                                                                 ac->nodemask);
3879
3880         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3881         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3882
3883         cond_resched();
3884
3885         return progress;
3886 }
3887
3888 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3889 static inline struct page *
3890 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3891                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3892                 unsigned long *did_some_progress)
3893 {
3894         struct page *page = NULL;
3895         unsigned long pflags;
3896         bool drained = false;
3897
3898         psi_memstall_enter(&pflags);
3899         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3900         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3901                 goto out;
3902
3903 retry:
3904         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3905
3906         /*
3907          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3908          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3909          * Shrink them and try again
3910          */
3911         if (!page && !drained) {
3912                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3913                 drain_all_pages(NULL);
3914                 drained = true;
3915                 goto retry;
3916         }
3917 out:
3918         psi_memstall_leave(&pflags);
3919
3920         return page;
3921 }
3922
3923 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3924                              const struct alloc_context *ac)
3925 {
3926         struct zoneref *z;
3927         struct zone *zone;
3928         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3929         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3930
3931         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3932                                         ac->nodemask) {
3933                 if (!managed_zone(zone))
3934                         continue;
3935                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3936                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3937                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3938                 }
3939         }
3940 }
3941
3942 static inline unsigned int
3943 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3944 {
3945         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3946
3947         /*
3948          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3949          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3950          * to save two branches.
3951          */
3952         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3953         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3954
3955         /*
3956          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3957          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3958          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3959          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3960          */
3961         alloc_flags |= (__force int)
3962                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3963
3964         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3965                 /*
3966                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3967                  * if it can't schedule.
3968                  */
3969                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3970                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3971
3972                         if (order > 0)
3973                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3974                 }
3975
3976                 /*
3977                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3978                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3979                  * cpuset_node_allowed().
3980                  */
3981                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3982                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3983         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3984                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3985
3986         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3987
3988         return alloc_flags;
3989 }
3990
3991 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3992 {
3993         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3994                 return false;
3995
3996         /*
3997          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3998          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3999          */
4000         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4001                 return false;
4002
4003         return true;
4004 }
4005
4006 /*
4007  * Distinguish requests which really need access to full memory
4008  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4009  */
4010 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4011 {
4012         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4013                 return 0;
4014         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4015                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4016         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4017                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4018         if (!in_interrupt()) {
4019                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4020                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4021                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4022                         return ALLOC_OOM;
4023         }
4024
4025         return 0;
4026 }
4027
4028 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4029 {
4030         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4031 }
4032
4033 /*
4034  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4035  * for the given allocation request.
4036  *
4037  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4038  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4039  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4040  *
4041  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4042  */
4043 static inline bool
4044 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4045                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4046                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4047 {
4048         struct zone *zone;
4049         struct zoneref *z;
4050         bool ret = false;
4051
4052         /*
4053          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4054          * their order will become available due to high fragmentation so
4055          * always increment the no progress counter for them
4056          */
4057         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4058                 *no_progress_loops = 0;
4059         else
4060                 (*no_progress_loops)++;
4061
4062         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
4063                 goto out;
4064
4065
4066         /*
4067          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4068          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4069          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4070          * screwed and have to go OOM.
4071          */
4072         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4073                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4074                 unsigned long available;
4075                 unsigned long reclaimable;
4076                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4077                 bool wmark;
4078
4079                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4080                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4081
4082                 /*
4083                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4084                  * reclaimable pages?
4085                  */
4086                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4087                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4088                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4089                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4090                 if (wmark) {
4091                         ret = true;
4092                         break;
4093                 }
4094         }
4095
4096         /*
4097          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4098          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4099          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4100          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4101          * here rather than calling cond_resched().
4102          */
4103         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4104                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4105         else
4106                 cond_resched();
4107 out:
4108         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4109         if (!ret)
4110                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4111
4112         return ret;
4113 }
4114
4115 static inline bool
4116 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4117 {
4118         /*
4119          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4120          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4121          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4122          * such a way the check therein was true, and then it became false
4123          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4124          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4125          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4126          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4127          * caller can deal with a violated nodemask.
4128          */
4129         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4130                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4131                 ac->nodemask = NULL;
4132                 return true;
4133         }
4134
4135         /*
4136          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4137          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4138          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4139          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4140          * retry.
4141          */
4142         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4143                 return true;
4144
4145         return false;
4146 }
4147
4148 static inline struct page *
4149 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4150                                                 struct alloc_context *ac)
4151 {
4152         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4153         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4154         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4155         struct page *page = NULL;
4156         unsigned int alloc_flags;
4157         unsigned long did_some_progress;
4158         enum compact_priority compact_priority;
4159         enum compact_result compact_result;
4160         int compaction_retries;
4161         int no_progress_loops;
4162         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4163         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4164         int reserve_flags;
4165
4166 restart:
4167         compaction_retries = 0;
4168         no_progress_loops = 0;
4169         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4170         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4171         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4172
4173         /*
4174          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4175          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4176          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4177          */
4178         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4179
4180         /*
4181          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4182          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4183          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4184          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4185          */
4186         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4187                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4188         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4189                 goto nopage;
4190
4191         /*
4192          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4193          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4194          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4195          */
4196         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4197                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4198                                         ac->highest_zoneidx,
4199                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4200                 if (!z->zone)
4201                         goto nopage;
4202         }
4203
4204         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4205                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4206
4207         /*
4208          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4209          * that first
4210          */
4211         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4212         if (page)
4213                 goto got_pg;
4214
4215         /*
4216          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4217          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4218          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4219          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4220          * same migratetype.
4221          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4222          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4223          */
4224         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4225                         (costly_order ||
4226                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4227                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4228                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4229                                                 alloc_flags, ac,
4230                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4231                                                 &compact_result);
4232                 if (page)
4233                         goto got_pg;
4234
4235                 /*
4236                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4237                  * includes some THP page fault allocations
4238                  */
4239                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4240                         /*
4241                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4242                          * failed because all zones are below low watermarks
4243                          * or is prohibited because it recently failed at this
4244                          * order, fail immediately unless the allocator has
4245                          * requested compaction and reclaim retry.
4246                          *
4247                          * Reclaim is
4248                          *  - potentially very expensive because zones are far
4249                          *    below their low watermarks or this is part of very
4250                          *    bursty high order allocations,
4251                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4252                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4253                          *    linear scan, and
4254                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4255                          *    own.
4256                          */
4257                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4258                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4259                                 goto nopage;
4260
4261                         /*
4262                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4263                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4264                          * using async compaction.
4265                          */
4266                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4267                 }
4268         }
4269
4270 retry:
4271         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4272         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4273                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4274
4275         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4276         if (reserve_flags)
4277                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4278                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4279
4280         /*
4281          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4282          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4283          * user oriented.
4284          */
4285         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4286                 ac->nodemask = NULL;
4287                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4288                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4289         }
4290
4291         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4292         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4293         if (page)
4294                 goto got_pg;
4295
4296         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4297         if (!can_direct_reclaim)
4298                 goto nopage;
4299
4300         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4301         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4302                 goto nopage;
4303
4304         /* Try direct reclaim and then allocating */
4305         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4306                                                         &did_some_progress);
4307         if (page)
4308                 goto got_pg;
4309
4310         /* Try direct compaction and then allocating */
4311         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4312                                         compact_priority, &compact_result);
4313         if (page)
4314                 goto got_pg;
4315
4316         /* Do not loop if specifically requested */
4317         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4318                 goto nopage;
4319
4320         /*
4321          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4322          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4323          */
4324         if (costly_order && (!can_compact ||
4325                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4326                 goto nopage;
4327
4328         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4329                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4330                 goto retry;
4331
4332         /*
4333          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4334          * reclaim is not able to make any progress because the current
4335          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4336          * of free memory (see __compaction_suitable)
4337          */
4338         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4339                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4340                                 compact_result, &compact_priority,
4341                                 &compaction_retries))
4342                 goto retry;
4343
4344
4345         /*
4346          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4347          * a unnecessary OOM kill.
4348          */
4349         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4350             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4351                 goto restart;
4352
4353         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4354         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4355         if (page)
4356                 goto got_pg;
4357
4358         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4359         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4360             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4361              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4362                 goto nopage;
4363
4364         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4365         if (did_some_progress) {
4366                 no_progress_loops = 0;
4367                 goto retry;
4368         }
4369
4370 nopage:
4371         /*
4372          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4373          * a unnecessary OOM kill.
4374          */
4375         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4376             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4377                 goto restart;
4378
4379         /*
4380          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4381          * we always retry
4382          */
4383         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4384                 /*
4385                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4386                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4387                  */
4388                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4389                         goto fail;
4390
4391                 /*
4392                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4393                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4394                  * for somebody to do a work for us
4395                  */
4396                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4397
4398                 /*
4399                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4400                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4401                  * so that we can identify them and convert them to something
4402                  * else.
4403                  */
4404                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4405
4406                 /*
4407                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4408                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4409                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4410                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4411                  * the situation worse.
4412                  */
4413                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4414                 if (page)
4415                         goto got_pg;
4416
4417                 cond_resched();
4418                 goto retry;
4419         }
4420 fail:
4421         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4422                         "page allocation failure: order:%u", order);
4423 got_pg:
4424         return page;
4425 }
4426
4427 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4428                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4429                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4430                 unsigned int *alloc_flags)
4431 {
4432         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4433         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4434         ac->nodemask = nodemask;
4435         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4436
4437         if (cpusets_enabled()) {
4438                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4439                 /*
4440                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4441                  * to the current task context. It means that any node ok.
4442                  */
4443                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4444                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4445                 else
4446                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4447         }
4448
4449         might_alloc(gfp_mask);
4450
4451         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4452                 return false;
4453
4454         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4455
4456         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4457         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4458
4459         /*
4460          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4461          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4462          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4463          */
4464         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4465                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4466
4467         return true;
4468 }
4469
4470 /*
4471  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4472  * @gfp: GFP flags for the allocation
4473  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4474  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4475  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4476  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4477  * @page_array: Optional array to store the pages
4478  *
4479  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4480  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4481  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4482  *
4483  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4484  *
4485  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4486  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4487  *
4488  * Returns the number of pages on the list or array.
4489  */
4490 unsigned long alloc_pages_bulk_noprof(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4491                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4492                         struct list_head *page_list,
4493                         struct page **page_array)
4494 {
4495         struct page *page;
4496         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4497         struct zone *zone;
4498         struct zoneref *z;
4499         struct per_cpu_pages *pcp;
4500         struct list_head *pcp_list;
4501         struct alloc_context ac;
4502         gfp_t alloc_gfp;
4503         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4504         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4505
4506         /*
4507          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4508          * to be allocated before disabling IRQs.
4509          */
4510         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4511                 nr_populated++;
4512
4513         /* No pages requested? */
4514         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4515                 goto out;
4516
4517         /* Already populated array? */
4518         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4519                 goto out;
4520
4521         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4522         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4523                 goto failed;
4524
4525         /* Use the single page allocator for one page. */
4526         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4527                 goto failed;
4528
4529 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4530         /*
4531          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4532          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4533          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4534          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4535          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4536          */
4537         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4538                 goto failed;
4539 #endif
4540
4541         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4542         gfp &= gfp_allowed_mask;
4543         alloc_gfp = gfp;
4544         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4545                 goto out;
4546         gfp = alloc_gfp;
4547
4548         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4549         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4550                 unsigned long mark;
4551
4552                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4553                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4554                         continue;
4555                 }
4556
4557                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4558                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4559                         goto failed;
4560                 }
4561
4562                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4563                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4564                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4565                                 alloc_flags, gfp)) {
4566                         break;
4567                 }
4568         }
4569
4570         /*
4571          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4572          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4573          */
4574         if (unlikely(!zone))
4575                 goto failed;
4576
4577         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4578         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4579         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4580         if (!pcp)
4581                 goto failed_irq;
4582
4583         /* Attempt the batch allocation */
4584         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4585         while (nr_populated < nr_pages) {
4586
4587                 /* Skip existing pages */
4588                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4589                         nr_populated++;
4590                         continue;
4591                 }
4592
4593                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4594                                                                 pcp, pcp_list);
4595                 if (unlikely(!page)) {
4596                         /* Try and allocate at least one page */
4597                         if (!nr_account) {
4598                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4599                                 goto failed_irq;
4600                         }
4601                         break;
4602                 }
4603                 nr_account++;
4604
4605                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4606                 if (page_list)
4607                         list_add(&page->lru, page_list);
4608                 else
4609                         page_array[nr_populated] = page;
4610                 nr_populated++;
4611         }
4612
4613         pcp_spin_unlock(pcp);
4614         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4615
4616         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4617         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4618
4619 out:
4620         return nr_populated;
4621
4622 failed_irq:
4623         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4624
4625 failed:
4626         page = __alloc_pages_noprof(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4627         if (page) {
4628                 if (page_list)
4629                         list_add(&page->lru, page_list);
4630                 else
4631                         page_array[nr_populated] = page;
4632                 nr_populated++;
4633         }
4634
4635         goto out;
4636 }
4637 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_pages_bulk_noprof);
4638
4639 /*
4640  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4641  */
4642 struct page *__alloc_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4643                                       int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4644 {
4645         struct page *page;
4646         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4647         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4648         struct alloc_context ac = { };
4649
4650         /*
4651          * There are several places where we assume that the order value is sane
4652          * so bail out early if the request is out of bound.
4653          */
4654         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4655                 return NULL;
4656
4657         gfp &= gfp_allowed_mask;
4658         /*
4659          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4660          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4661          * from a particular context which has been marked by
4662          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4663          * movable zones are not used during allocation.
4664          */
4665         gfp = current_gfp_context(gfp);
4666         alloc_gfp = gfp;
4667         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4668                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4669                 return NULL;
4670
4671         /*
4672          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4673          * memory until all local zones are considered.
4674          */
4675         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4676
4677         /* First allocation attempt */
4678         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4679         if (likely(page))
4680                 goto out;
4681
4682         alloc_gfp = gfp;
4683         ac.spread_dirty_pages = false;
4684
4685         /*
4686          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4687          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4688          */
4689         ac.nodemask = nodemask;
4690
4691         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4692
4693 out:
4694         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4695             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4696                 __free_pages(page, order);
4697                 page = NULL;
4698         }
4699
4700         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4701         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4702
4703         return page;
4704 }
4705 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_noprof);
4706
4707 struct folio *__folio_alloc_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4708                 nodemask_t *nodemask)
4709 {
4710         struct page *page = __alloc_pages_noprof(gfp | __GFP_COMP, order,
4711                                         preferred_nid, nodemask);
4712         return page_rmappable_folio(page);
4713 }
4714 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc_noprof);
4715
4716 /*
4717  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4718  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4719  * you need to access high mem.
4720  */
4721 unsigned long get_free_pages_noprof(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4722 {
4723         struct page *page;
4724
4725         page = alloc_pages_noprof(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4726         if (!page)
4727                 return 0;
4728         return (unsigned long) page_address(page);
4729 }
4730 EXPORT_SYMBOL(get_free_pages_noprof);
4731
4732 unsigned long get_zeroed_page_noprof(gfp_t gfp_mask)
4733 {
4734         return get_free_pages_noprof(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4735 }
4736 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page_noprof);
4737
4738 /**
4739  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4740  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4741  * @order: The order of the allocation.
4742  *
4743  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4744  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4745  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4746  * than was allocated will probably emit a warning.
4747  *
4748  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4749  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4750  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4751  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4752  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4753  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4754  *
4755  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4756  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4757  */
4758 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4759 {
4760         /* get PageHead before we drop reference */
4761         int head = PageHead(page);
4762         struct alloc_tag *tag = pgalloc_tag_get(page);
4763
4764         if (put_page_testzero(page))
4765                 free_unref_page(page, order);
4766         else if (!head) {
4767                 pgalloc_tag_sub_pages(tag, (1 << order) - 1);
4768                 while (order-- > 0)
4769                         free_unref_page(page + (1 << order), order);
4770         }
4771 }
4772 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4773
4774 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4775 {
4776         if (addr != 0) {
4777                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4778                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4779         }
4780 }
4781
4782 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4783
4784 /*
4785  * Page Fragment:
4786  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4787  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4788  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4789  *
4790  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4791  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4792  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4793  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4794  */
4795 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4796                                              gfp_t gfp_mask)
4797 {
4798         struct page *page = NULL;
4799         gfp_t gfp = gfp_mask;
4800
4801 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4802         gfp_mask = (gfp_mask & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) |  __GFP_COMP |
4803                    __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC;
4804         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4805                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4806         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4807 #endif
4808         if (unlikely(!page))
4809                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4810
4811         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4812
4813         return page;
4814 }
4815
4816 void page_frag_cache_drain(struct page_frag_cache *nc)
4817 {
4818         if (!nc->va)
4819                 return;
4820
4821         __page_frag_cache_drain(virt_to_head_page(nc->va), nc->pagecnt_bias);
4822         nc->va = NULL;
4823 }
4824 EXPORT_SYMBOL(page_frag_cache_drain);
4825
4826 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4827 {
4828         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4829
4830         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4831                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4832 }
4833 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4834
4835 void *__page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4836                               unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4837                               unsigned int align_mask)
4838 {
4839         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4840         struct page *page;
4841         int offset;
4842
4843         if (unlikely(!nc->va)) {
4844 refill:
4845                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4846                 if (!page)
4847                         return NULL;
4848
4849 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4850                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4851                 size = nc->size;
4852 #endif
4853                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4854                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4855                  */
4856                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4857
4858                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4859                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4860                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4861                 nc->offset = size;
4862         }
4863
4864         offset = nc->offset - fragsz;
4865         if (unlikely(offset < 0)) {
4866                 page = virt_to_page(nc->va);
4867
4868                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4869                         goto refill;
4870
4871                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4872                         free_unref_page(page, compound_order(page));
4873                         goto refill;
4874                 }
4875
4876 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4877                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4878                 size = nc->size;
4879 #endif
4880                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4881                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4882
4883                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4884                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4885                 offset = size - fragsz;
4886                 if (unlikely(offset < 0)) {
4887                         /*
4888                          * The caller is trying to allocate a fragment
4889                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4890                          * enough to satisfy the request, this may
4891                          * happen in low memory conditions.
4892                          * We don't release the cache page because
4893                          * it could make memory pressure worse
4894                          * so we simply return NULL here.
4895                          */
4896                         return NULL;
4897                 }
4898         }
4899
4900         nc->pagecnt_bias--;
4901         offset &= align_mask;
4902         nc->offset = offset;
4903
4904         return nc->va + offset;
4905 }
4906 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_alloc_align);
4907
4908 /*
4909  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4910  */
4911 void page_frag_free(void *addr)
4912 {
4913         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4914
4915         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4916                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4917 }
4918 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4919
4920 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4921                 size_t size)
4922 {
4923         if (addr) {
4924                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4925                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4926                 struct page *last = page + nr;
4927
4928                 split_page_owner(page, order, 0);
4929                 pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
4930                 split_page_memcg(page, order, 0);
4931                 while (page < --last)
4932                         set_page_refcounted(last);
4933
4934                 last = page + (1UL << order);
4935                 for (page += nr; page < last; page++)
4936                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4937         }
4938         return (void *)addr;
4939 }
4940
4941 /**
4942  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4943  * @size: the number of bytes to allocate
4944  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4945  *
4946  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4947  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4948  * allocate memory in power-of-two pages.
4949  *
4950  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4951  *
4952  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4953  *
4954  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4955  */
4956 void *alloc_pages_exact_noprof(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4957 {
4958         unsigned int order = get_order(size);
4959         unsigned long addr;
4960
4961         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4962                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4963
4964         addr = get_free_pages_noprof(gfp_mask, order);
4965         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4966 }
4967 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_noprof);
4968
4969 /**
4970  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4971  *                         pages on a node.
4972  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4973  * @size: the number of bytes to allocate
4974  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4975  *
4976  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4977  * back.
4978  *
4979  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4980  */
4981 void * __meminit alloc_pages_exact_nid_noprof(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4982 {
4983         unsigned int order = get_order(size);
4984         struct page *p;
4985
4986         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4987                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4988
4989         p = alloc_pages_node_noprof(nid, gfp_mask, order);
4990         if (!p)
4991                 return NULL;
4992         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4993 }
4994
4995 /**
4996  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4997  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4998  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4999  *
5000  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5001  */
5002 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5003 {
5004         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5005         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5006
5007         while (addr < end) {
5008                 free_page(addr);
5009                 addr += PAGE_SIZE;
5010         }
5011 }
5012 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5013
5014 /**
5015  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5016  * @offset: The zone index of the highest zone
5017  *
5018  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5019  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5020  * zone, the number of pages is calculated as:
5021  *
5022  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5023  *
5024  * Return: number of pages beyond high watermark.
5025  */
5026 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5027 {
5028         struct zoneref *z;
5029         struct zone *zone;
5030
5031         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5032         unsigned long sum = 0;
5033
5034         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5035
5036         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5037                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5038                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5039                 if (size > high)
5040                         sum += size - high;
5041         }
5042
5043         return sum;
5044 }
5045
5046 /**
5047  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5048  *
5049  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5050  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5051  *
5052  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5053  * ZONE_NORMAL.
5054  */
5055 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5056 {
5057         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5058 }
5059 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5060
5061 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5062 {
5063         zoneref->zone = zone;
5064         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5065 }
5066
5067 /*
5068  * Builds allocation fallback zone lists.
5069  *
5070  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5071  */
5072 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5073 {
5074         struct zone *zone;
5075         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5076         int nr_zones = 0;
5077
5078         do {
5079                 zone_type--;
5080                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5081                 if (populated_zone(zone)) {
5082                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5083                         check_highest_zone(zone_type);
5084                 }
5085         } while (zone_type);
5086
5087         return nr_zones;
5088 }
5089
5090 #ifdef CONFIG_NUMA
5091
5092 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5093 {
5094         /*
5095          * We used to support different zonelists modes but they turned
5096          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5097          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5098          * not fail it silently
5099          */
5100         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5101                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5102                 return -EINVAL;
5103         }
5104         return 0;
5105 }
5106
5107 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5108 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5109 /*
5110  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5111  */
5112 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5113                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5114 {
5115         if (write)
5116                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5117         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5118 }
5119
5120 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5121
5122 /**
5123  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5124  * @node: node whose fallback list we're appending
5125  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5126  *
5127  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5128  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5129  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5130  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5131  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5132  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5133  * on them otherwise.
5134  *
5135  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5136  */
5137 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5138 {
5139         int n, val;
5140         int min_val = INT_MAX;
5141         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5142
5143         /*
5144          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5145          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5146          */
5147         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5148                 node_set(node, *used_node_mask);
5149                 return node;
5150         }
5151
5152         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5153
5154                 /* Don't want a node to appear more than once */
5155                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5156                         continue;
5157
5158                 /* Use the distance array to find the distance */
5159                 val = node_distance(node, n);
5160
5161                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5162                 val += (n < node);
5163
5164                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5165                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5166                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5167
5168                 /* Slight preference for less loaded node */
5169                 val *= MAX_NUMNODES;
5170                 val += node_load[n];
5171
5172                 if (val < min_val) {
5173                         min_val = val;
5174                         best_node = n;
5175                 }
5176         }
5177
5178         if (best_node >= 0)
5179                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5180
5181         return best_node;
5182 }
5183
5184
5185 /*
5186  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5187  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5188  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5189  */
5190 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5191                 unsigned nr_nodes)
5192 {
5193         struct zoneref *zonerefs;
5194         int i;
5195
5196         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5197
5198         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5199                 int nr_zones;
5200
5201                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5202
5203                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5204                 zonerefs += nr_zones;
5205         }
5206         zonerefs->zone = NULL;
5207         zonerefs->zone_idx = 0;
5208 }
5209
5210 /*
5211  * Build gfp_thisnode zonelists
5212  */
5213 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5214 {
5215         struct zoneref *zonerefs;
5216         int nr_zones;
5217
5218         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5219         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5220         zonerefs += nr_zones;
5221         zonerefs->zone = NULL;
5222         zonerefs->zone_idx = 0;
5223 }
5224
5225 /*
5226  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5227  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5228  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5229  * may still exist in local DMA zone.
5230  */
5231
5232 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5233 {
5234         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5235         int node, nr_nodes = 0;
5236         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5237         int local_node, prev_node;
5238
5239         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5240         local_node = pgdat->node_id;
5241         prev_node = local_node;
5242
5243         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5244         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5245                 /*
5246                  * We don't want to pressure a particular node.
5247                  * So adding penalty to the first node in same
5248                  * distance group to make it round-robin.
5249                  */
5250                 if (node_distance(local_node, node) !=
5251                     node_distance(local_node, prev_node))
5252                         node_load[node] += 1;
5253
5254                 node_order[nr_nodes++] = node;
5255                 prev_node = node;
5256         }
5257
5258         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5259         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5260         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5261         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5262                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5263         pr_cont("\n");
5264 }
5265
5266 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5267 /*
5268  * Return node id of node used for "local" allocations.
5269  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5270  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5271  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5272  */
5273 int local_memory_node(int node)
5274 {
5275         struct zoneref *z;
5276
5277         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5278                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5279                                    NULL);
5280         return zone_to_nid(z->zone);
5281 }
5282 #endif
5283
5284 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5285 static void setup_min_slab_ratio(void);
5286 #else   /* CONFIG_NUMA */
5287
5288 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5289 {
5290         struct zoneref *zonerefs;
5291         int nr_zones;
5292
5293         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5294         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5295         zonerefs += nr_zones;
5296
5297         zonerefs->zone = NULL;
5298         zonerefs->zone_idx = 0;
5299 }
5300
5301 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5302
5303 /*
5304  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5305  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5306  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5307  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5308  * with interrupts disabled.
5309  *
5310  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5311  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5312  * hotplugged processors.
5313  *
5314  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5315  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5316  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5317  */
5318 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5319 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5320 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5321 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5322 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5323 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5324
5325 static void __build_all_zonelists(void *data)
5326 {
5327         int nid;
5328         int __maybe_unused cpu;
5329         pg_data_t *self = data;
5330         unsigned long flags;
5331
5332         /*
5333          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5334          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5335          */
5336         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5337         /*
5338          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5339          * trying to hold port->lock, for
5340          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5341          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5342          */
5343         printk_deferred_enter();
5344
5345 #ifdef CONFIG_NUMA
5346         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5347 #endif
5348
5349         /*
5350          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5351          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5352          */
5353         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5354                 build_zonelists(self);
5355         } else {
5356                 /*
5357                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5358                  * in free_area_init
5359                  */
5360                 for_each_node(nid) {
5361                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5362
5363                         build_zonelists(pgdat);
5364                 }
5365
5366 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5367                 /*
5368                  * We now know the "local memory node" for each node--
5369                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5370                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5371                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5372                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5373                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5374                  */
5375                 for_each_online_cpu(cpu)
5376                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5377 #endif
5378         }
5379
5380         printk_deferred_exit();
5381         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5382 }
5383
5384 static noinline void __init
5385 build_all_zonelists_init(void)
5386 {
5387         int cpu;
5388
5389         __build_all_zonelists(NULL);
5390
5391         /*
5392          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5393          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5394          * each zone will be allocated later when the per cpu
5395          * allocator is available.
5396          *
5397          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5398          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5399          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5400          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5401          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5402          * (a chicken-egg dilemma).
5403          */
5404         for_each_possible_cpu(cpu)
5405                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5406
5407         mminit_verify_zonelist();
5408         cpuset_init_current_mems_allowed();
5409 }
5410
5411 /*
5412  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5413  *
5414  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5415  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5416  */
5417 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5418 {
5419         unsigned long vm_total_pages;
5420
5421         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5422                 build_all_zonelists_init();
5423         } else {
5424                 __build_all_zonelists(pgdat);
5425                 /* cpuset refresh routine should be here */
5426         }
5427         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5428         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5429         /*
5430          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5431          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5432          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5433          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5434          * disabled and enable it later
5435          */
5436         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5437                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5438         else
5439                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5440
5441         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5442                 nr_online_nodes,
5443                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5444                 vm_total_pages);
5445 #ifdef CONFIG_NUMA
5446         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5447 #endif
5448 }
5449
5450 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5451 {
5452 #ifdef CONFIG_MMU
5453         int batch;
5454
5455         /*
5456          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5457          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5458          * size is striking a balance between allocation latency
5459          * and zone lock contention.
5460          */
5461         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5462         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5463         if (batch < 1)
5464                 batch = 1;
5465
5466         /*
5467          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5468          * of 2 value was found to be more likely to have
5469          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5470          *
5471          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5472          * batches of pages, one task can end up with a lot
5473          * of pages of one half of the possible page colors
5474          * and the other with pages of the other colors.
5475          */
5476         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5477
5478         return batch;
5479
5480 #else
5481         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5482          * conditions.
5483          *
5484          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5485          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5486          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5487          *
5488          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5489          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5490          * can be a significant delay between the individual batches being
5491          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5492          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5493          */
5494         return 0;
5495 #endif
5496 }
5497
5498 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5499 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5500                          int high_fraction)
5501 {
5502 #ifdef CONFIG_MMU
5503         int high;
5504         int nr_split_cpus;
5505         unsigned long total_pages;
5506
5507         if (!high_fraction) {
5508                 /*
5509                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5510                  * low watermark so that if they are full then background
5511                  * reclaim will not be started prematurely.
5512                  */
5513                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5514         } else {
5515                 /*
5516                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5517                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5518                  * zone.
5519                  */
5520                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5521         }
5522
5523         /*
5524          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5525          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5526          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5527          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5528          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5529          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5530          */
5531         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5532         if (!nr_split_cpus)
5533                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5534         high = total_pages / nr_split_cpus;
5535
5536         /*
5537          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5538          * historical relationship between high and batch.
5539          */
5540         high = max(high, batch << 2);
5541
5542         return high;
5543 #else
5544         return 0;
5545 #endif
5546 }
5547
5548 /*
5549  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5550  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5551  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5552  *
5553  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5554  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5555  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5556  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5557  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5558  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5559  * disabled.
5560  *
5561  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5562  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5563  * exist).
5564  */
5565 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5566                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5567 {
5568         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5569         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5570         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5571 }
5572
5573 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5574 {
5575         int pindex;
5576
5577         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5578         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5579
5580         spin_lock_init(&pcp->lock);
5581         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5582                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5583
5584         /*
5585          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5586          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5587          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5588          * pageset yet.
5589          */
5590         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5591         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5592         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5593         pcp->free_count = 0;
5594 }
5595
5596 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5597                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5598 {
5599         struct per_cpu_pages *pcp;
5600         int cpu;
5601
5602         for_each_possible_cpu(cpu) {
5603                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5604                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5605         }
5606 }
5607
5608 /*
5609  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5610  * zone based on the zone's size.
5611  */
5612 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5613 {
5614         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5615
5616         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5617         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5618                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5619                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5620                 /*
5621                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5622                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5623                  */
5624                 new_high_max = new_high_min;
5625         } else {
5626                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5627                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5628                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5629         }
5630
5631         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5632             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5633             zone->pageset_batch == new_batch)
5634                 return;
5635
5636         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5637         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5638         zone->pageset_batch = new_batch;
5639
5640         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5641                                           new_batch);
5642 }
5643
5644 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5645 {
5646         int cpu;
5647
5648         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5649         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5650                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5651
5652         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5653         for_each_possible_cpu(cpu) {
5654                 struct per_cpu_pages *pcp;
5655                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5656
5657                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5658                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5659                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5660         }
5661
5662         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5663 }
5664
5665 /*
5666  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5667  * page high values need to be recalculated.
5668  */
5669 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5670 {
5671         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5672         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5673         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5674 }
5675
5676 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5677 {
5678         struct per_cpu_pages *pcp;
5679         struct cpu_cacheinfo *cci;
5680
5681         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5682         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5683         /*
5684          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5685          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5686          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5687          * This can reduce zone lock contention without hurting
5688          * cache-hot pages sharing.
5689          */
5690         spin_lock(&pcp->lock);
5691         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5692                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5693         else
5694                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5695         spin_unlock(&pcp->lock);
5696 }
5697
5698 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5699 {
5700         struct zone *zone;
5701
5702         for_each_populated_zone(zone)
5703                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5704 }
5705
5706 /*
5707  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5708  * Before this call only boot pagesets were available.
5709  */
5710 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5711 {
5712         struct pglist_data *pgdat;
5713         struct zone *zone;
5714         int __maybe_unused cpu;
5715
5716         for_each_populated_zone(zone)
5717                 setup_zone_pageset(zone);
5718
5719 #ifdef CONFIG_NUMA
5720         /*
5721          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5722          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5723          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5724          * the nodes these zones are associated with.
5725          */
5726         for_each_possible_cpu(cpu) {
5727                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5728                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5729                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5730         }
5731 #endif
5732
5733         for_each_online_pgdat(pgdat)
5734                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5735                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5736 }
5737
5738 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5739 {
5740         /*
5741          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5742          * relies on the ability of the linker to provide the
5743          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5744          */
5745         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5746         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5747         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5748         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5749         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5750
5751         if (populated_zone(zone))
5752                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5753                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5754 }
5755
5756 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5757 {
5758         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5759         totalram_pages_add(count);
5760 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5761         if (PageHighMem(page))
5762                 totalhigh_pages_add(count);
5763 #endif
5764 }
5765 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5766
5767 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5768 {
5769         void *pos;
5770         unsigned long pages = 0;
5771
5772         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5773         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5774         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5775                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5776                 void *direct_map_addr;
5777
5778                 /*
5779                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5780                  * because some architectures' virt_to_page()
5781                  * work with aliases.  Getting the direct map
5782                  * address ensures that we get a _writeable_
5783                  * alias for the memset().
5784                  */
5785                 direct_map_addr = page_address(page);
5786                 /*
5787                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5788                  * has not been initialized.
5789                  */
5790                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5791                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5792                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5793
5794                 free_reserved_page(page);
5795         }
5796
5797         if (pages && s)
5798                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5799
5800         return pages;
5801 }
5802
5803 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5804 {
5805         struct zone *zone;
5806
5807         lru_add_drain_cpu(cpu);
5808         mlock_drain_remote(cpu);
5809         drain_pages(cpu);
5810
5811         /*
5812          * Spill the event counters of the dead processor
5813          * into the current processors event counters.
5814          * This artificially elevates the count of the current
5815          * processor.
5816          */
5817         vm_events_fold_cpu(cpu);
5818
5819         /*
5820          * Zero the differential counters of the dead processor
5821          * so that the vm statistics are consistent.
5822          *
5823          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5824          * race with what we are doing.
5825          */
5826         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5827
5828         for_each_populated_zone(zone)
5829                 zone_pcp_update(zone, 0);
5830
5831         return 0;
5832 }
5833
5834 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5835 {
5836         struct zone *zone;
5837
5838         for_each_populated_zone(zone)
5839                 zone_pcp_update(zone, 1);
5840         return 0;
5841 }
5842
5843 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5844 {
5845         int ret;
5846
5847         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5848                                         "mm/page_alloc:pcp",
5849                                         page_alloc_cpu_online,
5850                                         page_alloc_cpu_dead);
5851         WARN_ON(ret < 0);
5852 }
5853
5854 /*
5855  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5856  *      or min_free_kbytes changes.
5857  */
5858 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5859 {
5860         struct pglist_data *pgdat;
5861         unsigned long reserve_pages = 0;
5862         enum zone_type i, j;
5863
5864         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5865
5866                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5867
5868                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5869                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5870                         long max = 0;
5871                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5872
5873                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5874                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5875                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5876                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5877                         }
5878
5879                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5880                         max += high_wmark_pages(zone);
5881
5882                         if (max > managed_pages)
5883                                 max = managed_pages;
5884
5885                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5886
5887                         reserve_pages += max;
5888                 }
5889         }
5890         totalreserve_pages = reserve_pages;
5891 }
5892
5893 /*
5894  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5895  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5896  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5897  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5898  */
5899 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5900 {
5901         struct pglist_data *pgdat;
5902         enum zone_type i, j;
5903
5904         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5905                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5906                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5907                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5908                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5909                         unsigned long managed_pages = 0;
5910
5911                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5912                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5913                                 bool empty = !zone_managed_pages(upper_zone);
5914
5915                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5916
5917                                 if (clear || empty)
5918                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5919                                 else
5920                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5921                         }
5922                 }
5923         }
5924
5925         /* update totalreserve_pages */
5926         calculate_totalreserve_pages();
5927 }
5928
5929 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5930 {
5931         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5932         unsigned long lowmem_pages = 0;
5933         struct zone *zone;
5934         unsigned long flags;
5935
5936         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5937         for_each_zone(zone) {
5938                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5939                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5940         }
5941
5942         for_each_zone(zone) {
5943                 u64 tmp;
5944
5945                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5946                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5947                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
5948                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5949                         /*
5950                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5951                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5952                          * to a small  value here.
5953                          *
5954                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5955                          * deltas control async page reclaim, and so should
5956                          * not be capped for highmem and movable zones.
5957                          */
5958                         unsigned long min_pages;
5959
5960                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5961                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5962                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5963                 } else {
5964                         /*
5965                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5966                          * proportionate to the zone's size.
5967                          */
5968                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5969                 }
5970
5971                 /*
5972                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5973                  * scale factor in proportion to available memory, but
5974                  * ensure a minimum size on small systems.
5975                  */
5976                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5977                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5978                                       watermark_scale_factor, 10000));
5979
5980                 zone->watermark_boost = 0;
5981                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5982                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5983                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5984
5985                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5986         }
5987
5988         /* update totalreserve_pages */
5989         calculate_totalreserve_pages();
5990 }
5991
5992 /**
5993  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5994  * or when memory is hot-{added|removed}
5995  *
5996  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5997  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5998  */
5999 void setup_per_zone_wmarks(void)
6000 {
6001         struct zone *zone;
6002         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6003
6004         spin_lock(&lock);
6005         __setup_per_zone_wmarks();
6006         spin_unlock(&lock);
6007
6008         /*
6009          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
6010          * and high limits or the limits may be inappropriate.
6011          */
6012         for_each_zone(zone)
6013                 zone_pcp_update(zone, 0);
6014 }
6015
6016 /*
6017  * Initialise min_free_kbytes.
6018  *
6019  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6020  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6021  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6022  *
6023  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6024  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6025  *
6026  * which yields
6027  *
6028  * 16MB:        512k
6029  * 32MB:        724k
6030  * 64MB:        1024k
6031  * 128MB:       1448k
6032  * 256MB:       2048k
6033  * 512MB:       2896k
6034  * 1024MB:      4096k
6035  * 2048MB:      5792k
6036  * 4096MB:      8192k
6037  * 8192MB:      11584k
6038  * 16384MB:     16384k
6039  */
6040 void calculate_min_free_kbytes(void)
6041 {
6042         unsigned long lowmem_kbytes;
6043         int new_min_free_kbytes;
6044
6045         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6046         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6047
6048         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6049                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6050         else
6051                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6052                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6053
6054 }
6055
6056 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6057 {
6058         calculate_min_free_kbytes();
6059         setup_per_zone_wmarks();
6060         refresh_zone_stat_thresholds();
6061         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6062
6063 #ifdef CONFIG_NUMA
6064         setup_min_unmapped_ratio();
6065         setup_min_slab_ratio();
6066 #endif
6067
6068         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6069
6070         return 0;
6071 }
6072 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6073
6074 /*
6075  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6076  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6077  *      changes.
6078  */
6079 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6080                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6081 {
6082         int rc;
6083
6084         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6085         if (rc)
6086                 return rc;
6087
6088         if (write) {
6089                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6090                 setup_per_zone_wmarks();
6091         }
6092         return 0;
6093 }
6094
6095 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6096                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6097 {
6098         int rc;
6099
6100         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6101         if (rc)
6102                 return rc;
6103
6104         if (write)
6105                 setup_per_zone_wmarks();
6106
6107         return 0;
6108 }
6109
6110 #ifdef CONFIG_NUMA
6111 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6112 {
6113         pg_data_t *pgdat;
6114         struct zone *zone;
6115
6116         for_each_online_pgdat(pgdat)
6117                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6118
6119         for_each_zone(zone)
6120                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6121                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6122 }
6123
6124
6125 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6126                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6127 {
6128         int rc;
6129
6130         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6131         if (rc)
6132                 return rc;
6133
6134         setup_min_unmapped_ratio();
6135
6136         return 0;
6137 }
6138
6139 static void setup_min_slab_ratio(void)
6140 {
6141         pg_data_t *pgdat;
6142         struct zone *zone;
6143
6144         for_each_online_pgdat(pgdat)
6145                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6146
6147         for_each_zone(zone)
6148                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6149                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6150 }
6151
6152 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6153                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6154 {
6155         int rc;
6156
6157         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6158         if (rc)
6159                 return rc;
6160
6161         setup_min_slab_ratio();
6162
6163         return 0;
6164 }
6165 #endif
6166
6167 /*
6168  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6169  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6170  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6171  *
6172  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6173  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6174  * if in function of the boot time zone sizes.
6175  */
6176 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6177                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6178 {
6179         int i;
6180
6181         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6182
6183         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6184                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6185                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6186         }
6187
6188         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6189         return 0;
6190 }
6191
6192 /*
6193  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6194  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6195  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6196  */
6197 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6198                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6199 {
6200         struct zone *zone;
6201         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6202         int ret;
6203
6204         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6205         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6206
6207         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6208         if (!write || ret < 0)
6209                 goto out;
6210
6211         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6212         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6213             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6214                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6215                 ret = -EINVAL;
6216                 goto out;
6217         }
6218
6219         /* No change? */
6220         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6221                 goto out;
6222
6223         for_each_populated_zone(zone)
6224                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6225 out:
6226         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6227         return ret;
6228 }
6229
6230 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6231         {
6232                 .procname       = "min_free_kbytes",
6233                 .data           = &min_free_kbytes,
6234                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6235                 .mode           = 0644,
6236                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6237                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6238         },
6239         {
6240                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6241                 .data           = &watermark_boost_factor,
6242                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6243                 .mode           = 0644,
6244                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6245                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6246         },
6247         {
6248                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6249                 .data           = &watermark_scale_factor,
6250                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6251                 .mode           = 0644,
6252                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6253                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6254                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6255         },
6256         {
6257                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6258                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6259                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6260                 .mode           = 0644,
6261                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6262                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6263         },
6264         {
6265                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6266                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6267                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6268                 .mode           = 0644,
6269                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6270         },
6271 #ifdef CONFIG_NUMA
6272         {
6273                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6274                 .data           = &numa_zonelist_order,
6275                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6276                 .mode           = 0644,
6277                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6278         },
6279         {
6280                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6281                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6282                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6283                 .mode           = 0644,
6284                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6285                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6286                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6287         },
6288         {
6289                 .procname       = "min_slab_ratio",
6290                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6291                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6292                 .mode           = 0644,
6293                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6294                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6295                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6296         },
6297 #endif
6298 };
6299
6300 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6301 {
6302         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6303 }
6304
6305 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6306 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6307 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6308 {
6309         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6310
6311         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6312                 struct page *page;
6313
6314                 dump_stack();
6315                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6316                         dump_page(page, "migration failure");
6317         }
6318 }
6319
6320 /*
6321  * [start, end) must belong to a single zone.
6322  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6323  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6324  */
6325 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6326                                         unsigned long start, unsigned long end,
6327                                         int migratetype)
6328 {
6329         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6330         unsigned int nr_reclaimed;
6331         unsigned long pfn = start;
6332         unsigned int tries = 0;
6333         int ret = 0;
6334         struct migration_target_control mtc = {
6335                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6336                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6337                 .reason = MR_CONTIG_RANGE,
6338         };
6339         struct page *page;
6340         unsigned long total_mapped = 0;
6341         unsigned long total_migrated = 0;
6342         unsigned long total_reclaimed = 0;
6343
6344         lru_cache_disable();
6345
6346         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6347                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6348                         ret = -EINTR;
6349                         break;
6350                 }
6351
6352                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6353                         cc->nr_migratepages = 0;
6354                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6355                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6356                                 break;
6357                         pfn = cc->migrate_pfn;
6358                         tries = 0;
6359                 } else if (++tries == 5) {
6360                         ret = -EBUSY;
6361                         break;
6362                 }
6363
6364                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6365                                                         &cc->migratepages);
6366                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6367
6368                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6369                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6370                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
6371                                 struct folio *folio = page_folio(page);
6372
6373                                 total_mapped += folio_mapped(folio) *
6374                                                 folio_nr_pages(folio);
6375                         }
6376                 }
6377
6378                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6379                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6380
6381                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6382                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6383
6384                 /*
6385                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6386                  * to retry again over this error, so do the same here.
6387                  */
6388                 if (ret == -ENOMEM)
6389                         break;
6390         }
6391
6392         lru_cache_enable();
6393         if (ret < 0) {
6394                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6395                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6396                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6397         }
6398
6399         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6400                                                  total_migrated,
6401                                                  total_reclaimed,
6402                                                  total_mapped);
6403         return (ret < 0) ? ret : 0;
6404 }
6405
6406 /**
6407  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6408  * @start:      start PFN to allocate
6409  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6410  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6411  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6412  *                      in range must have the same migratetype and it must
6413  *                      be either of the two.
6414  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6415  *
6416  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6417  * belong to a single zone.
6418  *
6419  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6420  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6421  * be modified by others.
6422  *
6423  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6424  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6425  * need to be freed with free_contig_range().
6426  */
6427 int alloc_contig_range_noprof(unsigned long start, unsigned long end,
6428                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6429 {
6430         unsigned long outer_start, outer_end;
6431         int ret = 0;
6432
6433         struct compact_control cc = {
6434                 .nr_migratepages = 0,
6435                 .order = -1,
6436                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6437                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6438                 .ignore_skip_hint = true,
6439                 .no_set_skip_hint = true,
6440                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6441                 .alloc_contig = true,
6442         };
6443         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6444
6445         /*
6446          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6447          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6448          * have different sizes, and due to the way page allocator
6449          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6450          *
6451          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6452          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6453          * we are interested in). This will put all the pages in
6454          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6455          *
6456          * When this is done, we take the pages in range from page
6457          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6458          * page allocator will never consider using them.
6459          *
6460          * This lets us mark the pageblocks back as
6461          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6462          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6463          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6464          */
6465
6466         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6467         if (ret)
6468                 goto done;
6469
6470         drain_all_pages(cc.zone);
6471
6472         /*
6473          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6474          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6475          * which will report the busy page.
6476          *
6477          * It is possible that busy pages could become available before
6478          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6479          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6480          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6481          */
6482         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6483         if (ret && ret != -EBUSY)
6484                 goto done;
6485         ret = 0;
6486
6487         /*
6488          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6489          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6490          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6491          * What we are going to do is to allocate all pages from
6492          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6493          *
6494          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6495          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6496          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6497          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6498          * once this is done free the pages we are not interested in.
6499          *
6500          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6501          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6502          */
6503         outer_start = find_large_buddy(start);
6504
6505         /* Make sure the range is really isolated. */
6506         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6507                 ret = -EBUSY;
6508                 goto done;
6509         }
6510
6511         /* Grab isolated pages from freelists. */
6512         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6513         if (!outer_end) {
6514                 ret = -EBUSY;
6515                 goto done;
6516         }
6517
6518         /* Free head and tail (if any) */
6519         if (start != outer_start)
6520                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6521         if (end != outer_end)
6522                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6523
6524 done:
6525         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6526         return ret;
6527 }
6528 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range_noprof);
6529
6530 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6531                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6532 {
6533         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6534
6535         return alloc_contig_range_noprof(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6536                                    gfp_mask);
6537 }
6538
6539 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6540                                    unsigned long nr_pages)
6541 {
6542         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6543         struct page *page;
6544
6545         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6546                 page = pfn_to_online_page(i);
6547                 if (!page)
6548                         return false;
6549
6550                 if (page_zone(page) != z)
6551                         return false;
6552
6553                 if (PageReserved(page))
6554                         return false;
6555
6556                 if (PageHuge(page))
6557                         return false;
6558         }
6559         return true;
6560 }
6561
6562 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6563                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6564 {
6565         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6566
6567         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6568 }
6569
6570 /**
6571  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6572  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6573  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6574  * @nid:        Target node
6575  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6576  *
6577  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6578  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6579  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6580  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6581  *
6582  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6583  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6584  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6585  *
6586  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6587  * __free_page() on each allocated page.
6588  *
6589  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6590  */
6591 struct page *alloc_contig_pages_noprof(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6592                                  int nid, nodemask_t *nodemask)
6593 {
6594         unsigned long ret, pfn, flags;
6595         struct zonelist *zonelist;
6596         struct zone *zone;
6597         struct zoneref *z;
6598
6599         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6600         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6601                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6602                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6603
6604                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6605                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6606                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6607                                 /*
6608                                  * We release the zone lock here because
6609                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6610                                  * at some point. If there's an allocation
6611                                  * spinning on this lock, it may win the race
6612                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6613                                  */
6614                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6615                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6616                                                         gfp_mask);
6617                                 if (!ret)
6618                                         return pfn_to_page(pfn);
6619                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6620                         }
6621                         pfn += nr_pages;
6622                 }
6623                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6624         }
6625         return NULL;
6626 }
6627 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6628
6629 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6630 {
6631         unsigned long count = 0;
6632
6633         for (; nr_pages--; pfn++) {
6634                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6635
6636                 count += page_count(page) != 1;
6637                 __free_page(page);
6638         }
6639         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6640 }
6641 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6642
6643 /*
6644  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6645  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6646  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6647  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6648  *
6649  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6650  */
6651 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6652 {
6653         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6654         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6655         __drain_all_pages(zone, true);
6656 }
6657
6658 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6659 {
6660         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6661                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6662         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6663 }
6664
6665 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6666 {
6667         int cpu;
6668         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6669
6670         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6671                 for_each_online_cpu(cpu) {
6672                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6673                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6674                 }
6675                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6676                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6677                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6678                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6679                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6680                 }
6681         }
6682 }
6683
6684 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6685 /*
6686  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6687  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6688  */
6689 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6690 {
6691         unsigned long pfn = start_pfn;
6692         struct page *page;
6693         struct zone *zone;
6694         unsigned int order;
6695         unsigned long flags;
6696
6697         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6698         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6699         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6700         while (pfn < end_pfn) {
6701                 page = pfn_to_page(pfn);
6702                 /*
6703                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6704                  * page_count() is not 0.
6705                  */
6706                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6707                         pfn++;
6708                         continue;
6709                 }
6710                 /*
6711                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6712                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6713                  */
6714                 if (PageOffline(page)) {
6715                         BUG_ON(page_count(page));
6716                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6717                         pfn++;
6718                         continue;
6719                 }
6720
6721                 BUG_ON(page_count(page));
6722                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6723                 VM_WARN_ON(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE);
6724                 order = buddy_order(page);
6725                 del_page_from_free_list(page, zone, order, MIGRATE_ISOLATE);
6726                 pfn += (1 << order);
6727         }
6728         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6729 }
6730 #endif
6731
6732 /*
6733  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6734  */
6735 bool is_free_buddy_page(const struct page *page)
6736 {
6737         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6738         unsigned int order;
6739
6740         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6741                 const struct page *head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6742
6743                 if (PageBuddy(head) &&
6744                     buddy_order_unsafe(head) >= order)
6745                         break;
6746         }
6747
6748         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6749 }
6750 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6751
6752 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6753 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
6754                                     unsigned int order, int migratetype,
6755                                     bool tail)
6756 {
6757         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, tail);
6758         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
6759 }
6760
6761 /*
6762  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6763  * buddy allocator.
6764  */
6765 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6766                                    struct page *target, int low, int high,
6767                                    int migratetype)
6768 {
6769         unsigned long size = 1 << high;
6770         struct page *current_buddy;
6771
6772         while (high > low) {
6773                 high--;
6774                 size >>= 1;
6775
6776                 if (target >= &page[size]) {
6777                         current_buddy = page;
6778                         page = page + size;
6779                 } else {
6780                         current_buddy = page + size;
6781                 }
6782
6783                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high))
6784                         continue;
6785
6786                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype, false);
6787                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6788         }
6789 }
6790
6791 /*
6792  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6793  */
6794 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6795 {
6796         struct zone *zone = page_zone(page);
6797         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6798         unsigned long flags;
6799         unsigned int order;
6800         bool ret = false;
6801
6802         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6803         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6804                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6805                 int page_order = buddy_order(page_head);
6806
6807                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6808                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6809                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6810                                                                    pfn_head);
6811
6812                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order,
6813                                                 migratetype);
6814                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6815                                                 page_order, migratetype);
6816                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6817                         ret = true;
6818                         break;
6819                 }
6820                 if (page_count(page_head) > 0)
6821                         break;
6822         }
6823         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6824         return ret;
6825 }
6826
6827 /*
6828  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6829  */
6830 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6831 {
6832         struct zone *zone = page_zone(page);
6833         unsigned long flags;
6834         bool ret = false;
6835
6836         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6837         if (put_page_testzero(page)) {
6838                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6839                 int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6840
6841                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6842                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6843                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6844                         ret = true;
6845                 }
6846         }
6847         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6848
6849         return ret;
6850 }
6851 #endif
6852
6853 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6854 bool has_managed_dma(void)
6855 {
6856         struct pglist_data *pgdat;
6857
6858         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6859                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6860
6861                 if (managed_zone(zone))
6862                         return true;
6863         }
6864         return false;
6865 }
6866 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6867
6868 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6869
6870 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6871 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6872
6873 static bool lazy_accept = true;
6874
6875 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6876 {
6877         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6878                 lazy_accept = true;
6879                 return 0;
6880         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6881                 lazy_accept = false;
6882                 return 0;
6883         } else {
6884                 return -EINVAL;
6885         }
6886 }
6887 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6888
6889 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6890 {
6891         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6892         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6893
6894         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6895 }
6896
6897 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6898 {
6899         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6900
6901         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6902 }
6903
6904 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6905 {
6906         unsigned long flags;
6907         struct page *page;
6908         bool last;
6909
6910         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6911                 return false;
6912
6913         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6914         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6915                                         struct page, lru);
6916         if (!page) {
6917                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6918                 return false;
6919         }
6920
6921         list_del(&page->lru);
6922         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6923
6924         account_freepages(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6925         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6926         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6927
6928         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6929
6930         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6931
6932         if (last)
6933                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6934
6935         return true;
6936 }
6937
6938 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6939 {
6940         long to_accept;
6941         int ret = false;
6942
6943         /* How much to accept to get to high watermark? */
6944         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6945                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6946                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6947
6948         /* Accept at least one page */
6949         do {
6950                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6951                         break;
6952                 ret = true;
6953                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6954         } while (to_accept > 0);
6955
6956         return ret;
6957 }
6958
6959 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6960 {
6961         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6962 }
6963
6964 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6965 {
6966         struct zone *zone = page_zone(page);
6967         unsigned long flags;
6968         bool first = false;
6969
6970         if (!lazy_accept)
6971                 return false;
6972
6973         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6974         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6975         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6976         account_freepages(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6977         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6978         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6979
6980         if (first)
6981                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6982
6983         return true;
6984 }
6985
6986 #else
6987
6988 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6989 {
6990         return false;
6991 }
6992
6993 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6994 {
6995 }
6996
6997 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6998 {
6999         return false;
7000 }
7001
7002 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
7003 {
7004         return false;
7005 }
7006
7007 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
7008 {
7009         BUILD_BUG();
7010         return false;
7011 }
7012
7013 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */
This page took 0.433658 seconds and 4 git commands to generate.