OSDN Git Service

perf/x86/uncore: Correct the number of CHAs on EMR
[tomoyo/tomoyo-test1.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/memory_hotplug.h>
36 #include <linux/nodemask.h>
37 #include <linux/vmstat.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <trace/events/kmem.h>
41 #include <trace/events/oom.h>
42 #include <linux/prefetch.h>
43 #include <linux/mm_inline.h>
44 #include <linux/mmu_notifier.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/sched/mm.h>
47 #include <linux/page_owner.h>
48 #include <linux/page_table_check.h>
49 #include <linux/memcontrol.h>
50 #include <linux/ftrace.h>
51 #include <linux/lockdep.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/khugepaged.h>
54 #include <linux/delayacct.h>
55 #include <asm/div64.h>
56 #include "internal.h"
57 #include "shuffle.h"
58 #include "page_reporting.h"
59
60 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
61 typedef int __bitwise fpi_t;
62
63 /* No special request */
64 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
65
66 /*
67  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
68  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
69  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
70  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
71  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
72  * putting it back unmodified.
73  */
74 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
75
76 /*
77  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
78  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
79  * shuffle the whole zone).
80  *
81  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
82  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
83  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
84  *       reporting).
85  */
86 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
87
88 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
89 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
90 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
91
92 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
93 /*
94  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
95  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
96  */
97 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
98 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
99 #else
100
101 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
102 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
103 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
104 #endif
105
106 /*
107  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
108  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
109  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
110  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
111  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
112  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
113  */
114 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
115 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
116 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
117 #else
118 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
119 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
120 #endif
121
122 /*
123  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
124  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
125  */
126 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
127 ({                                                                      \
128         type *_ret;                                                     \
129         pcpu_task_pin();                                                \
130         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
131         spin_lock(&_ret->member);                                       \
132         _ret;                                                           \
133 })
134
135 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
136 ({                                                                      \
137         type *_ret;                                                     \
138         pcpu_task_pin();                                                \
139         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
140         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
141                 pcpu_task_unpin();                                      \
142                 _ret = NULL;                                            \
143         }                                                               \
144         _ret;                                                           \
145 })
146
147 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
148 ({                                                                      \
149         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
150         pcpu_task_unpin();                                              \
151 })
152
153 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
154 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
155         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
156
157 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
158         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
159
160 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
161         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
162
163 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
164 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
165 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
166 #endif
167
168 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
169
170 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
171 /*
172  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
173  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
174  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
175  * defined in <linux/topology.h>.
176  */
177 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
178 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
179 #endif
180
181 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
182
183 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
184 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
185 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
186 #endif
187
188 /*
189  * Array of node states.
190  */
191 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
192         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
193         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
194 #ifndef CONFIG_NUMA
195         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
196 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
197         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
198 #endif
199         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
200         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
201 #endif  /* NUMA */
202 };
203 EXPORT_SYMBOL(node_states);
204
205 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
206
207 /*
208  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
209  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
210  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
211  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
212  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
213  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
214  */
215 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
216 {
217         return page->index;
218 }
219
220 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
221 {
222         page->index = migratetype;
223 }
224
225 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
226 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
227 #endif
228
229 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
230                             fpi_t fpi_flags);
231
232 /*
233  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
234  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
235  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
236  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
237  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
238  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
239  *
240  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
241  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
242  */
243 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
244 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
245         [ZONE_DMA] = 256,
246 #endif
247 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
248         [ZONE_DMA32] = 256,
249 #endif
250         [ZONE_NORMAL] = 32,
251 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
252         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
253 #endif
254         [ZONE_MOVABLE] = 0,
255 };
256
257 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
258 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
259          "DMA",
260 #endif
261 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
262          "DMA32",
263 #endif
264          "Normal",
265 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
266          "HighMem",
267 #endif
268          "Movable",
269 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
270          "Device",
271 #endif
272 };
273
274 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
275         "Unmovable",
276         "Movable",
277         "Reclaimable",
278         "HighAtomic",
279 #ifdef CONFIG_CMA
280         "CMA",
281 #endif
282 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
283         "Isolate",
284 #endif
285 };
286
287 int min_free_kbytes = 1024;
288 int user_min_free_kbytes = -1;
289 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
290 static int watermark_scale_factor = 10;
291
292 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
293 int movable_zone;
294 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
295
296 #if MAX_NUMNODES > 1
297 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
298 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
299 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
300 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
301 #endif
302
303 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
304 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
305 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
306 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
307 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
308
309 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
310
311 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
312 /*
313  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
314  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
315  * and we can permanently disable that path.
316  */
317 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
318
319 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
320 {
321         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
322 }
323
324 /*
325  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
326  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
327  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
328  * and to ensure that the function body gets unloaded.
329  */
330 static bool __ref
331 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
332 {
333        return deferred_grow_zone(zone, order);
334 }
335 #else
336 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
337 {
338         return false;
339 }
340 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
341
342 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
343 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
344                                                         unsigned long pfn)
345 {
346 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
347         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
348 #else
349         return page_zone(page)->pageblock_flags;
350 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
351 }
352
353 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
354 {
355 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
356         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
357 #else
358         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
359 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
360         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
361 }
362
363 /**
364  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
365  * @page: The page within the block of interest
366  * @pfn: The target page frame number
367  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
368  *
369  * Return: pageblock_bits flags
370  */
371 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
372                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
373 {
374         unsigned long *bitmap;
375         unsigned long bitidx, word_bitidx;
376         unsigned long word;
377
378         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
379         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
380         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
381         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
382         /*
383          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
384          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
385          * racy, are not corrupted.
386          */
387         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
388         return (word >> bitidx) & mask;
389 }
390
391 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
392                                         unsigned long pfn)
393 {
394         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
395 }
396
397 /**
398  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
399  * @page: The page within the block of interest
400  * @flags: The flags to set
401  * @pfn: The target page frame number
402  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
403  */
404 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
405                                         unsigned long pfn,
406                                         unsigned long mask)
407 {
408         unsigned long *bitmap;
409         unsigned long bitidx, word_bitidx;
410         unsigned long word;
411
412         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
413         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
414
415         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
416         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
417         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
418         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
419
420         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
421
422         mask <<= bitidx;
423         flags <<= bitidx;
424
425         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
426         do {
427         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
428 }
429
430 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
431 {
432         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
433                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
434                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
435
436         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
437                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
438 }
439
440 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
441 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
442 {
443         int ret;
444         unsigned seq;
445         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
446         unsigned long sp, start_pfn;
447
448         do {
449                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
450                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
451                 sp = zone->spanned_pages;
452                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
453         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
454
455         if (ret)
456                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
457                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
458                         start_pfn, start_pfn + sp);
459
460         return ret;
461 }
462
463 /*
464  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
465  */
466 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
467 {
468         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
469                 return 1;
470         if (zone != page_zone(page))
471                 return 1;
472
473         return 0;
474 }
475 #else
476 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
477 {
478         return 0;
479 }
480 #endif
481
482 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
483 {
484         static unsigned long resume;
485         static unsigned long nr_shown;
486         static unsigned long nr_unshown;
487
488         /*
489          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
490          * or allow a steady drip of one report per second.
491          */
492         if (nr_shown == 60) {
493                 if (time_before(jiffies, resume)) {
494                         nr_unshown++;
495                         goto out;
496                 }
497                 if (nr_unshown) {
498                         pr_alert(
499                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
500                                 nr_unshown);
501                         nr_unshown = 0;
502                 }
503                 nr_shown = 0;
504         }
505         if (nr_shown++ == 0)
506                 resume = jiffies + 60 * HZ;
507
508         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
509                 current->comm, page_to_pfn(page));
510         dump_page(page, reason);
511
512         print_modules();
513         dump_stack();
514 out:
515         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
516         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
517         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
518 }
519
520 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
521 {
522 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
523         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
524                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
525                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
526         }
527 #else
528         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
529 #endif
530
531         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
532 }
533
534 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
535 {
536         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
537
538 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
539         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
540                 order = pageblock_order;
541 #else
542         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
543 #endif
544
545         return order;
546 }
547
548 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
549 {
550         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
551                 return true;
552 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
553         if (order == pageblock_order)
554                 return true;
555 #endif
556         return false;
557 }
558
559 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
560 {
561         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
562                 free_unref_page(page, order);
563         else
564                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
565 }
566
567 /*
568  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
569  *
570  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
571  *
572  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
573  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
574  *
575  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
576  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
577  */
578
579 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
580 {
581         int i;
582         int nr_pages = 1 << order;
583
584         __SetPageHead(page);
585         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
586                 prep_compound_tail(page, i);
587
588         prep_compound_head(page, order);
589 }
590
591 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
592 {
593         if (folio_test_hugetlb(folio)) {
594                 free_huge_folio(folio);
595                 return;
596         }
597
598         if (folio_test_large_rmappable(folio))
599                 folio_undo_large_rmappable(folio);
600
601         mem_cgroup_uncharge(folio);
602         free_the_page(&folio->page, folio_order(folio));
603 }
604
605 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
606 {
607         set_page_private(page, order);
608         __SetPageBuddy(page);
609 }
610
611 #ifdef CONFIG_COMPACTION
612 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
613 {
614         struct capture_control *capc = current->capture_control;
615
616         return unlikely(capc) &&
617                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
618                 !capc->page &&
619                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
620 }
621
622 static inline bool
623 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
624                    int order, int migratetype)
625 {
626         if (!capc || order != capc->cc->order)
627                 return false;
628
629         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
630         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
631             is_migrate_isolate(migratetype))
632                 return false;
633
634         /*
635          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
636          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
637          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
638          * have trouble finding a high-order free page.
639          */
640         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
641                 return false;
642
643         capc->page = page;
644         return true;
645 }
646
647 #else
648 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
649 {
650         return NULL;
651 }
652
653 static inline bool
654 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
655                    int order, int migratetype)
656 {
657         return false;
658 }
659 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
660
661 /* Used for pages not on another list */
662 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
663                                     unsigned int order, int migratetype)
664 {
665         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
666
667         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
668         area->nr_free++;
669 }
670
671 /* Used for pages not on another list */
672 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
673                                          unsigned int order, int migratetype)
674 {
675         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
676
677         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
678         area->nr_free++;
679 }
680
681 /*
682  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
683  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
684  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
685  */
686 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
687                                      unsigned int order, int migratetype)
688 {
689         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
690
691         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
692 }
693
694 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
695                                            unsigned int order)
696 {
697         /* clear reported state and update reported page count */
698         if (page_reported(page))
699                 __ClearPageReported(page);
700
701         list_del(&page->buddy_list);
702         __ClearPageBuddy(page);
703         set_page_private(page, 0);
704         zone->free_area[order].nr_free--;
705 }
706
707 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
708                                             int migratetype)
709 {
710         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
711                                         struct page, buddy_list);
712 }
713
714 /*
715  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
716  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
717  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
718  * that is happening, add the free page to the tail of the list
719  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
720  * as a higher order page
721  */
722 static inline bool
723 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
724                    struct page *page, unsigned int order)
725 {
726         unsigned long higher_page_pfn;
727         struct page *higher_page;
728
729         if (order >= MAX_ORDER - 1)
730                 return false;
731
732         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
733         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
734
735         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
736                         NULL) != NULL;
737 }
738
739 /*
740  * Freeing function for a buddy system allocator.
741  *
742  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
743  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
744  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
745  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
746  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
747  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
748  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
749  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
750  * parts of the VM system.
751  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
752  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
753  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
754  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
755  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
756  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
757  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
758  * triggers coalescing into a block of larger size.
759  *
760  * -- nyc
761  */
762
763 static inline void __free_one_page(struct page *page,
764                 unsigned long pfn,
765                 struct zone *zone, unsigned int order,
766                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
767 {
768         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
769         unsigned long buddy_pfn = 0;
770         unsigned long combined_pfn;
771         struct page *buddy;
772         bool to_tail;
773
774         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
775         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
776
777         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
778         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
779                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
780
781         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
782         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
783
784         while (order < MAX_ORDER) {
785                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
786                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
787                                                                 migratetype);
788                         return;
789                 }
790
791                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
792                 if (!buddy)
793                         goto done_merging;
794
795                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
796                         /*
797                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
798                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
799                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
800                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
801                          */
802                         int buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
803
804                         if (migratetype != buddy_mt
805                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
806                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
807                                 goto done_merging;
808                 }
809
810                 /*
811                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
812                  * merge with it and move up one order.
813                  */
814                 if (page_is_guard(buddy))
815                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
816                 else
817                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
818                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
819                 page = page + (combined_pfn - pfn);
820                 pfn = combined_pfn;
821                 order++;
822         }
823
824 done_merging:
825         set_buddy_order(page, order);
826
827         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
828                 to_tail = true;
829         else if (is_shuffle_order(order))
830                 to_tail = shuffle_pick_tail();
831         else
832                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
833
834         if (to_tail)
835                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
836         else
837                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
838
839         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
840         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
841                 page_reporting_notify_free(order);
842 }
843
844 /**
845  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
846  * @free_page:          the original free page
847  * @order:              the order of the page
848  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
849  *
850  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
851  *
852  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
853  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
854  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
855  * nothing.
856  */
857 int split_free_page(struct page *free_page,
858                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
859 {
860         struct zone *zone = page_zone(free_page);
861         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
862         unsigned long pfn;
863         unsigned long flags;
864         int free_page_order;
865         int mt;
866         int ret = 0;
867
868         if (split_pfn_offset == 0)
869                 return ret;
870
871         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
872
873         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
874                 ret = -ENOENT;
875                 goto out;
876         }
877
878         mt = get_pfnblock_migratetype(free_page, free_page_pfn);
879         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
880                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
881
882         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
883         for (pfn = free_page_pfn;
884              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
885                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
886
887                 free_page_order = min_t(unsigned int,
888                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
889                                         __fls(split_pfn_offset));
890                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
891                                 mt, FPI_NONE);
892                 pfn += 1UL << free_page_order;
893                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
894                 /* we have done the first part, now switch to second part */
895                 if (split_pfn_offset == 0)
896                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
897         }
898 out:
899         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
900         return ret;
901 }
902 /*
903  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
904  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
905  * check if necessary.
906  */
907 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
908                                         unsigned long check_flags)
909 {
910         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
911                 return false;
912
913         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
914                         page_ref_count(page) |
915 #ifdef CONFIG_MEMCG
916                         page->memcg_data |
917 #endif
918                         (page->flags & check_flags)))
919                 return false;
920
921         return true;
922 }
923
924 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
925 {
926         const char *bad_reason = NULL;
927
928         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
929                 bad_reason = "nonzero mapcount";
930         if (unlikely(page->mapping != NULL))
931                 bad_reason = "non-NULL mapping";
932         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
933                 bad_reason = "nonzero _refcount";
934         if (unlikely(page->flags & flags)) {
935                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
936                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
937                 else
938                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
939         }
940 #ifdef CONFIG_MEMCG
941         if (unlikely(page->memcg_data))
942                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
943 #endif
944         return bad_reason;
945 }
946
947 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
948 {
949         bad_page(page,
950                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
951 }
952
953 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
954 {
955         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
956                 return false;
957
958         /* Something has gone sideways, find it */
959         free_page_is_bad_report(page);
960         return true;
961 }
962
963 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
964 {
965         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
966 }
967
968 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
969 {
970         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
971         int ret = 1;
972
973         /*
974          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
975          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
976          */
977         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
978
979         if (!is_check_pages_enabled()) {
980                 ret = 0;
981                 goto out;
982         }
983         switch (page - head_page) {
984         case 1:
985                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
986                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
987                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
988                         goto out;
989                 }
990                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
991                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
992                         goto out;
993                 }
994                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
995                         bad_page(page, "nonzero pincount");
996                         goto out;
997                 }
998                 break;
999         case 2:
1000                 /*
1001                  * the second tail page: ->mapping is
1002                  * deferred_list.next -- ignore value.
1003                  */
1004                 break;
1005         default:
1006                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1007                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1008                         goto out;
1009                 }
1010                 break;
1011         }
1012         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1013                 bad_page(page, "PageTail not set");
1014                 goto out;
1015         }
1016         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1017                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1018                 goto out;
1019         }
1020         ret = 0;
1021 out:
1022         page->mapping = NULL;
1023         clear_compound_head(page);
1024         return ret;
1025 }
1026
1027 /*
1028  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1029  *
1030  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1031  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1032  *    using page tags instead (see below).
1033  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1034  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1035  *
1036  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1037  *
1038  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1039  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1040  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1041  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1042  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1043  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1044  *
1045  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1046  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1047  * initialization is done with interrupt disabled.
1048  *
1049  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1050  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1051  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1052  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1053  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1054  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1055  */
1056 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1057 {
1058         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1059                 return deferred_pages_enabled();
1060
1061         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1062 }
1063
1064 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1065 {
1066         int i;
1067
1068         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1069         kasan_disable_current();
1070         for (i = 0; i < numpages; i++)
1071                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1072         kasan_enable_current();
1073 }
1074
1075 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1076                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1077 {
1078         int bad = 0;
1079         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1080         bool init = want_init_on_free();
1081
1082         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1083
1084         trace_mm_page_free(page, order);
1085         kmsan_free_page(page, order);
1086
1087         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1088                 /*
1089                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1090                  * Untie memcg state and reset page's owner
1091                  */
1092                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1093                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1094                 reset_page_owner(page, order);
1095                 page_table_check_free(page, order);
1096                 return false;
1097         }
1098
1099         /*
1100          * Check tail pages before head page information is cleared to
1101          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1102          */
1103         if (unlikely(order)) {
1104                 bool compound = PageCompound(page);
1105                 int i;
1106
1107                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1108
1109                 if (compound)
1110                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1111                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1112                         if (compound)
1113                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1114                         if (is_check_pages_enabled()) {
1115                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1116                                         bad++;
1117                                         continue;
1118                                 }
1119                         }
1120                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1121                 }
1122         }
1123         if (PageMappingFlags(page))
1124                 page->mapping = NULL;
1125         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1126                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1127         if (is_check_pages_enabled()) {
1128                 if (free_page_is_bad(page))
1129                         bad++;
1130                 if (bad)
1131                         return false;
1132         }
1133
1134         page_cpupid_reset_last(page);
1135         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1136         reset_page_owner(page, order);
1137         page_table_check_free(page, order);
1138
1139         if (!PageHighMem(page)) {
1140                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1141                                            PAGE_SIZE << order);
1142                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1143                                            PAGE_SIZE << order);
1144         }
1145
1146         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1147
1148         /*
1149          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1150          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1151          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1152          *
1153          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1154          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1155          */
1156         if (!skip_kasan_poison) {
1157                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1158
1159                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1160                 if (kasan_has_integrated_init())
1161                         init = false;
1162         }
1163         if (init)
1164                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1165
1166         /*
1167          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1168          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1169          * happen after this.
1170          */
1171         arch_free_page(page, order);
1172
1173         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1174
1175         return true;
1176 }
1177
1178 /*
1179  * Frees a number of pages from the PCP lists
1180  * Assumes all pages on list are in same zone.
1181  * count is the number of pages to free.
1182  */
1183 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1184                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1185                                         int pindex)
1186 {
1187         unsigned long flags;
1188         unsigned int order;
1189         bool isolated_pageblocks;
1190         struct page *page;
1191
1192         /*
1193          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1194          * below while (list_empty(list)) loop.
1195          */
1196         count = min(pcp->count, count);
1197
1198         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1199         pindex = pindex - 1;
1200
1201         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1202         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1203
1204         while (count > 0) {
1205                 struct list_head *list;
1206                 int nr_pages;
1207
1208                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1209                 do {
1210                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1211                                 pindex = 0;
1212                         list = &pcp->lists[pindex];
1213                 } while (list_empty(list));
1214
1215                 order = pindex_to_order(pindex);
1216                 nr_pages = 1 << order;
1217                 do {
1218                         int mt;
1219
1220                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1221                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1222
1223                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1224                         list_del(&page->pcp_list);
1225                         count -= nr_pages;
1226                         pcp->count -= nr_pages;
1227
1228                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1229                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1230                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1231                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1232                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1233
1234                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1235                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1236                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1237         }
1238
1239         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1240 }
1241
1242 static void free_one_page(struct zone *zone,
1243                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1244                                 unsigned int order,
1245                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1246 {
1247         unsigned long flags;
1248
1249         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1250         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1251                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1252                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1253         }
1254         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1255         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1256 }
1257
1258 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1259                             fpi_t fpi_flags)
1260 {
1261         unsigned long flags;
1262         int migratetype;
1263         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1264         struct zone *zone = page_zone(page);
1265
1266         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1267                 return;
1268
1269         /*
1270          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1271          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1272          * This will reduce the lock holding time.
1273          */
1274         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1275
1276         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1277         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1278                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1279                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1280         }
1281         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1282         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1283
1284         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1285 }
1286
1287 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1288 {
1289         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1290         struct page *p = page;
1291         unsigned int loop;
1292
1293         /*
1294          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1295          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1296          * refcount of all involved pages to 0.
1297          */
1298         prefetchw(p);
1299         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1300                 prefetchw(p + 1);
1301                 __ClearPageReserved(p);
1302                 set_page_count(p, 0);
1303         }
1304         __ClearPageReserved(p);
1305         set_page_count(p, 0);
1306
1307         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1308
1309         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1310                 if (order == MAX_ORDER && __free_unaccepted(page))
1311                         return;
1312
1313                 accept_page(page, order);
1314         }
1315
1316         /*
1317          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1318          * relevant for memory onlining.
1319          */
1320         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1325  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1326  * with the migration of free compaction scanner.
1327  *
1328  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1329  *
1330  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1331  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1332  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1333  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1334  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1335  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1336  * page in a pageblock.
1337  *
1338  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1339  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1340  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1341  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1342  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1343  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1344  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1345  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1346  */
1347 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1348                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1349 {
1350         struct page *start_page;
1351         struct page *end_page;
1352
1353         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1354         end_pfn--;
1355
1356         if (!pfn_valid(end_pfn))
1357                 return NULL;
1358
1359         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1360         if (!start_page)
1361                 return NULL;
1362
1363         if (page_zone(start_page) != zone)
1364                 return NULL;
1365
1366         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1367
1368         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1369         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1370                 return NULL;
1371
1372         return start_page;
1373 }
1374
1375 /*
1376  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1377  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1378  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1379  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1380  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1381  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1382  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1383  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1384  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1385  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1386  *
1387  * -- nyc
1388  */
1389 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1390         int low, int high, int migratetype)
1391 {
1392         unsigned long size = 1 << high;
1393
1394         while (high > low) {
1395                 high--;
1396                 size >>= 1;
1397                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1398
1399                 /*
1400                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1401                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1402                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1403                  * pages will stay not present in virtual address space
1404                  */
1405                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1406                         continue;
1407
1408                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1409                 set_buddy_order(&page[size], high);
1410         }
1411 }
1412
1413 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1414 {
1415         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1416                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1417                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1418                 return;
1419         }
1420
1421         bad_page(page,
1422                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1423 }
1424
1425 /*
1426  * This page is about to be returned from the page allocator
1427  */
1428 static int check_new_page(struct page *page)
1429 {
1430         if (likely(page_expected_state(page,
1431                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1432                 return 0;
1433
1434         check_new_page_bad(page);
1435         return 1;
1436 }
1437
1438 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1439 {
1440         if (is_check_pages_enabled()) {
1441                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1442                         struct page *p = page + i;
1443
1444                         if (check_new_page(p))
1445                                 return true;
1446                 }
1447         }
1448
1449         return false;
1450 }
1451
1452 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1453 {
1454         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1455         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1456             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1457                 return false;
1458
1459         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1460         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1461                 return true;
1462
1463         /*
1464          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1465          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1466          */
1467         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1468 }
1469
1470 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1471 {
1472         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1473         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1474                 return false;
1475
1476         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1477         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1478 }
1479
1480 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1481                                 gfp_t gfp_flags)
1482 {
1483         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1484                         !should_skip_init(gfp_flags);
1485         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1486         int i;
1487
1488         set_page_private(page, 0);
1489         set_page_refcounted(page);
1490
1491         arch_alloc_page(page, order);
1492         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1493
1494         /*
1495          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1496          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1497          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1498          */
1499         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1500
1501         /*
1502          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1503          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1504          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1505          */
1506
1507         /*
1508          * If memory tags should be zeroed
1509          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1510          */
1511         if (zero_tags) {
1512                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1513                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1514                         tag_clear_highpage(page + i);
1515
1516                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1517                 init = false;
1518         }
1519         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1520             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1521                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1522                 if (kasan_has_integrated_init())
1523                         init = false;
1524         } else {
1525                 /*
1526                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1527                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1528                  */
1529                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1530                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1531         }
1532         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1533         if (init)
1534                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1535
1536         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1537         page_table_check_alloc(page, order);
1538 }
1539
1540 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1541                                                         unsigned int alloc_flags)
1542 {
1543         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1544
1545         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1546                 prep_compound_page(page, order);
1547
1548         /*
1549          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1550          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1551          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1552          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1553          */
1554         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1555                 set_page_pfmemalloc(page);
1556         else
1557                 clear_page_pfmemalloc(page);
1558 }
1559
1560 /*
1561  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1562  * the smallest available page from the freelists
1563  */
1564 static __always_inline
1565 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1566                                                 int migratetype)
1567 {
1568         unsigned int current_order;
1569         struct free_area *area;
1570         struct page *page;
1571
1572         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1573         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1574                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1575                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1576                 if (!page)
1577                         continue;
1578                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1579                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1580                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1581                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1582                                 pcp_allowed_order(order) &&
1583                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1584                 return page;
1585         }
1586
1587         return NULL;
1588 }
1589
1590
1591 /*
1592  * This array describes the order lists are fallen back to when
1593  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1594  *
1595  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1596  */
1597 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1598         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1599         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1600         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1601 };
1602
1603 #ifdef CONFIG_CMA
1604 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1605                                         unsigned int order)
1606 {
1607         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1608 }
1609 #else
1610 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1611                                         unsigned int order) { return NULL; }
1612 #endif
1613
1614 /*
1615  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1616  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1617  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1618  */
1619 static int move_freepages(struct zone *zone,
1620                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1621                           int migratetype, int *num_movable)
1622 {
1623         struct page *page;
1624         unsigned long pfn;
1625         unsigned int order;
1626         int pages_moved = 0;
1627
1628         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1629                 page = pfn_to_page(pfn);
1630                 if (!PageBuddy(page)) {
1631                         /*
1632                          * We assume that pages that could be isolated for
1633                          * migration are movable. But we don't actually try
1634                          * isolating, as that would be expensive.
1635                          */
1636                         if (num_movable &&
1637                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1638                                 (*num_movable)++;
1639                         pfn++;
1640                         continue;
1641                 }
1642
1643                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1644                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1645                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1646
1647                 order = buddy_order(page);
1648                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1649                 pfn += 1 << order;
1650                 pages_moved += 1 << order;
1651         }
1652
1653         return pages_moved;
1654 }
1655
1656 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1657                                 int migratetype, int *num_movable)
1658 {
1659         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1660
1661         if (num_movable)
1662                 *num_movable = 0;
1663
1664         pfn = page_to_pfn(page);
1665         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1666         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1667
1668         /* Do not cross zone boundaries */
1669         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1670                 start_pfn = pfn;
1671         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1672                 return 0;
1673
1674         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1675                                                                 num_movable);
1676 }
1677
1678 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1679                                         int start_order, int migratetype)
1680 {
1681         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1682
1683         while (nr_pageblocks--) {
1684                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1685                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1686         }
1687 }
1688
1689 /*
1690  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1691  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1692  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1693  *
1694  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1695  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1696  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1697  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1698  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1699  * pageblocks.
1700  */
1701 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1702 {
1703         /*
1704          * Leaving this order check is intended, although there is
1705          * relaxed order check in next check. The reason is that
1706          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1707          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1708          * so could be changed anytime.
1709          */
1710         if (order >= pageblock_order)
1711                 return true;
1712
1713         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1714                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1715                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1716                 page_group_by_mobility_disabled)
1717                 return true;
1718
1719         return false;
1720 }
1721
1722 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1723 {
1724         unsigned long max_boost;
1725
1726         if (!watermark_boost_factor)
1727                 return false;
1728         /*
1729          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1730          * On small machines, including kdump capture kernels running
1731          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1732          * memory situation immediately.
1733          */
1734         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1735                 return false;
1736
1737         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1738                         watermark_boost_factor, 10000);
1739
1740         /*
1741          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1742          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1743          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1744          * allocations that early means that reclaim is not going
1745          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1746          * boosted watermark resulting in a hang.
1747          */
1748         if (!max_boost)
1749                 return false;
1750
1751         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1752
1753         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1754                 max_boost);
1755
1756         return true;
1757 }
1758
1759 /*
1760  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1761  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1762  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1763  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1764  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1765  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1766  */
1767 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1768                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1769 {
1770         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1771         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1772         int old_block_type;
1773
1774         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1775
1776         /*
1777          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1778          * highatomic accounting.
1779          */
1780         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1781                 goto single_page;
1782
1783         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1784         if (current_order >= pageblock_order) {
1785                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1786                 goto single_page;
1787         }
1788
1789         /*
1790          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1791          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1792          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1793          */
1794         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1795                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1796
1797         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1798         if (!whole_block)
1799                 goto single_page;
1800
1801         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1802                                                 &movable_pages);
1803         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1804         if (!free_pages)
1805                 goto single_page;
1806
1807         /*
1808          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1809          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1810          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1811          */
1812         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1813                 alike_pages = movable_pages;
1814         } else {
1815                 /*
1816                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1817                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1818                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1819                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1820                  * exact migratetype of non-movable pages.
1821                  */
1822                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1823                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1824                                                 - (free_pages + movable_pages);
1825                 else
1826                         alike_pages = 0;
1827         }
1828         /*
1829          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1830          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1831          */
1832         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1833                         page_group_by_mobility_disabled)
1834                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1835
1836         return;
1837
1838 single_page:
1839         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1840 }
1841
1842 /*
1843  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1844  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1845  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1846  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1847  */
1848 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1849                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1850 {
1851         int i;
1852         int fallback_mt;
1853
1854         if (area->nr_free == 0)
1855                 return -1;
1856
1857         *can_steal = false;
1858         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1859                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1860                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1861                         continue;
1862
1863                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1864                         *can_steal = true;
1865
1866                 if (!only_stealable)
1867                         return fallback_mt;
1868
1869                 if (*can_steal)
1870                         return fallback_mt;
1871         }
1872
1873         return -1;
1874 }
1875
1876 /*
1877  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1878  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1879  */
1880 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1881 {
1882         int mt;
1883         unsigned long max_managed, flags;
1884
1885         /*
1886          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1887          * Check is race-prone but harmless.
1888          */
1889         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
1890         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1891                 return;
1892
1893         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1894
1895         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1896         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1897                 goto out_unlock;
1898
1899         /* Yoink! */
1900         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1901         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1902         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1903                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1904                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1905                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1906         }
1907
1908 out_unlock:
1909         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1910 }
1911
1912 /*
1913  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1914  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1915  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1916  * to recover from than an OOM.
1917  *
1918  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1919  * pageblock is exhausted.
1920  */
1921 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1922                                                 bool force)
1923 {
1924         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1925         unsigned long flags;
1926         struct zoneref *z;
1927         struct zone *zone;
1928         struct page *page;
1929         int order;
1930         bool ret;
1931
1932         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1933                                                                 ac->nodemask) {
1934                 /*
1935                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1936                  * is really high.
1937                  */
1938                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1939                                         pageblock_nr_pages)
1940                         continue;
1941
1942                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1943                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
1944                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1945
1946                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1947                         if (!page)
1948                                 continue;
1949
1950                         /*
1951                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1952                          * we can counter several free pages in a pageblock
1953                          * in this loop although we changed the pageblock type
1954                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1955                          * adjust the count once.
1956                          */
1957                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1958                                 /*
1959                                  * It should never happen but changes to
1960                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1961                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1962                                  * while unreserving so be safe and watch for
1963                                  * underflows.
1964                                  */
1965                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
1966                                                 pageblock_nr_pages,
1967                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
1968                         }
1969
1970                         /*
1971                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
1972                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
1973                          * is doing the work and needs the pages. More
1974                          * importantly, if the block was always converted to
1975                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
1976                          * of pageblocks that cannot be completely freed
1977                          * may increase.
1978                          */
1979                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
1980                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
1981                                                                         NULL);
1982                         if (ret) {
1983                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1984                                 return ret;
1985                         }
1986                 }
1987                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1988         }
1989
1990         return false;
1991 }
1992
1993 /*
1994  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
1995  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
1996  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
1997  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
1998  *
1999  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2000  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2001  * condition simpler.
2002  */
2003 static __always_inline bool
2004 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2005                                                 unsigned int alloc_flags)
2006 {
2007         struct free_area *area;
2008         int current_order;
2009         int min_order = order;
2010         struct page *page;
2011         int fallback_mt;
2012         bool can_steal;
2013
2014         /*
2015          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2016          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2017          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2018          */
2019         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2020                 min_order = pageblock_order;
2021
2022         /*
2023          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2024          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2025          * would be too costly to do exactly.
2026          */
2027         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2028                                 --current_order) {
2029                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2030                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2031                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2032                 if (fallback_mt == -1)
2033                         continue;
2034
2035                 /*
2036                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2037                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2038                  * steal and split the smallest available page instead of the
2039                  * largest available page, because even if the next movable
2040                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2041                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2042                  */
2043                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2044                                         && current_order > order)
2045                         goto find_smallest;
2046
2047                 goto do_steal;
2048         }
2049
2050         return false;
2051
2052 find_smallest:
2053         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2054                                                         current_order++) {
2055                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2056                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2057                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2058                 if (fallback_mt != -1)
2059                         break;
2060         }
2061
2062         /*
2063          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2064          * when looking for the largest page.
2065          */
2066         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2067
2068 do_steal:
2069         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2070
2071         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2072                                                                 can_steal);
2073
2074         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2075                 start_migratetype, fallback_mt);
2076
2077         return true;
2078
2079 }
2080
2081 /*
2082  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2083  * Call me with the zone->lock already held.
2084  */
2085 static __always_inline struct page *
2086 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2087                                                 unsigned int alloc_flags)
2088 {
2089         struct page *page;
2090
2091         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2092                 /*
2093                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2094                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2095                  * is in the CMA area.
2096                  */
2097                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2098                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2099                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2100                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2101                         if (page)
2102                                 return page;
2103                 }
2104         }
2105 retry:
2106         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2107         if (unlikely(!page)) {
2108                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2109                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2110
2111                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2112                                                                 alloc_flags))
2113                         goto retry;
2114         }
2115         return page;
2116 }
2117
2118 /*
2119  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2120  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2121  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2122  */
2123 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2124                         unsigned long count, struct list_head *list,
2125                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2126 {
2127         unsigned long flags;
2128         int i;
2129
2130         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2131         for (i = 0; i < count; ++i) {
2132                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2133                                                                 alloc_flags);
2134                 if (unlikely(page == NULL))
2135                         break;
2136
2137                 /*
2138                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2139                  * physical page order. The page is added to the tail of
2140                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2141                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2142                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2143                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2144                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2145                  * pages are ordered properly.
2146                  */
2147                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2148                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2149                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2150                                               -(1 << order));
2151         }
2152
2153         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2154         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2155
2156         return i;
2157 }
2158
2159 #ifdef CONFIG_NUMA
2160 /*
2161  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2162  * currently executing processor on remote nodes after they have
2163  * expired.
2164  */
2165 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2166 {
2167         int to_drain, batch;
2168
2169         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2170         to_drain = min(pcp->count, batch);
2171         if (to_drain > 0) {
2172                 spin_lock(&pcp->lock);
2173                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2174                 spin_unlock(&pcp->lock);
2175         }
2176 }
2177 #endif
2178
2179 /*
2180  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2181  */
2182 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2183 {
2184         struct per_cpu_pages *pcp;
2185
2186         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2187         if (pcp->count) {
2188                 spin_lock(&pcp->lock);
2189                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2190                 spin_unlock(&pcp->lock);
2191         }
2192 }
2193
2194 /*
2195  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2196  */
2197 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2198 {
2199         struct zone *zone;
2200
2201         for_each_populated_zone(zone) {
2202                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2203         }
2204 }
2205
2206 /*
2207  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2208  */
2209 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2210 {
2211         int cpu = smp_processor_id();
2212
2213         if (zone)
2214                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2215         else
2216                 drain_pages(cpu);
2217 }
2218
2219 /*
2220  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2221  * drain on all cpus.
2222  *
2223  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2224  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2225  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2226  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2227  * optimizing racy check.
2228  */
2229 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2230 {
2231         int cpu;
2232
2233         /*
2234          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2235          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2236          */
2237         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2238
2239         /*
2240          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2241          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2242          * the drain to be complete when the call returns.
2243          */
2244         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2245                 if (!zone)
2246                         return;
2247                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2248         }
2249
2250         /*
2251          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2252          * as offline notification will cause the notified
2253          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2254          * disables preemption as part of its processing
2255          */
2256         for_each_online_cpu(cpu) {
2257                 struct per_cpu_pages *pcp;
2258                 struct zone *z;
2259                 bool has_pcps = false;
2260
2261                 if (force_all_cpus) {
2262                         /*
2263                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2264                          * guarantee that no cpu is missed.
2265                          */
2266                         has_pcps = true;
2267                 } else if (zone) {
2268                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2269                         if (pcp->count)
2270                                 has_pcps = true;
2271                 } else {
2272                         for_each_populated_zone(z) {
2273                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2274                                 if (pcp->count) {
2275                                         has_pcps = true;
2276                                         break;
2277                                 }
2278                         }
2279                 }
2280
2281                 if (has_pcps)
2282                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2283                 else
2284                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2285         }
2286
2287         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2288                 if (zone)
2289                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2290                 else
2291                         drain_pages(cpu);
2292         }
2293
2294         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2295 }
2296
2297 /*
2298  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2299  *
2300  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2301  */
2302 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2303 {
2304         __drain_all_pages(zone, false);
2305 }
2306
2307 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2308                                                         unsigned int order)
2309 {
2310         int migratetype;
2311
2312         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2313                 return false;
2314
2315         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2316         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2317         return true;
2318 }
2319
2320 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, bool free_high)
2321 {
2322         int min_nr_free, max_nr_free;
2323         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2324
2325         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
2326         if (unlikely(free_high))
2327                 return pcp->count;
2328
2329         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2330         if (unlikely(high < batch))
2331                 return 1;
2332
2333         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2334         min_nr_free = batch;
2335         max_nr_free = high - batch;
2336
2337         /*
2338          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
2339          * freeing of pages without any allocation.
2340          */
2341         batch <<= pcp->free_factor;
2342         if (batch < max_nr_free)
2343                 pcp->free_factor++;
2344         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
2345
2346         return batch;
2347 }
2348
2349 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2350                        bool free_high)
2351 {
2352         int high = READ_ONCE(pcp->high);
2353
2354         if (unlikely(!high || free_high))
2355                 return 0;
2356
2357         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
2358                 return high;
2359
2360         /*
2361          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2362          * stored on pcp lists
2363          */
2364         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
2365 }
2366
2367 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2368                                    struct page *page, int migratetype,
2369                                    unsigned int order)
2370 {
2371         int high;
2372         int pindex;
2373         bool free_high;
2374
2375         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2376         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2377         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2378         pcp->count += 1 << order;
2379
2380         /*
2381          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2382          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2383          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2384          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2385          */
2386         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
2387
2388         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
2389         if (pcp->count >= high) {
2390                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, free_high), pcp, pindex);
2391         }
2392 }
2393
2394 /*
2395  * Free a pcp page
2396  */
2397 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2398 {
2399         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2400         struct per_cpu_pages *pcp;
2401         struct zone *zone;
2402         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2403         int migratetype;
2404
2405         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2406                 return;
2407
2408         /*
2409          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2410          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2411          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2412          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2413          * excessively into the page allocator
2414          */
2415         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2416         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2417                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2418                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2419                         return;
2420                 }
2421                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2422         }
2423
2424         zone = page_zone(page);
2425         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2426         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2427         if (pcp) {
2428                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2429                 pcp_spin_unlock(pcp);
2430         } else {
2431                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2432         }
2433         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2434 }
2435
2436 /*
2437  * Free a list of 0-order pages
2438  */
2439 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2440 {
2441         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2442         struct page *page, *next;
2443         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2444         struct zone *locked_zone = NULL;
2445         int batch_count = 0;
2446         int migratetype;
2447
2448         /* Prepare pages for freeing */
2449         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2450                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2451                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2452                         list_del(&page->lru);
2453                         continue;
2454                 }
2455
2456                 /*
2457                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2458                  * comment in free_unref_page.
2459                  */
2460                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2461                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2462                         list_del(&page->lru);
2463                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2464                         continue;
2465                 }
2466         }
2467
2468         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2469                 struct zone *zone = page_zone(page);
2470
2471                 list_del(&page->lru);
2472                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2473
2474                 /*
2475                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2476                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2477                  * pages.
2478                  */
2479                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2480                         if (pcp) {
2481                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2482                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2483                         }
2484
2485                         batch_count = 0;
2486
2487                         /*
2488                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2489                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2490                          */
2491                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2492                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2493                         if (unlikely(!pcp)) {
2494                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2495                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2496                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2497                                 locked_zone = NULL;
2498                                 continue;
2499                         }
2500                         locked_zone = zone;
2501                 }
2502
2503                 /*
2504                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2505                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2506                  */
2507                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2508                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2509
2510                 trace_mm_page_free_batched(page);
2511                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2512                 batch_count++;
2513         }
2514
2515         if (pcp) {
2516                 pcp_spin_unlock(pcp);
2517                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2518         }
2519 }
2520
2521 /*
2522  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2523  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2524  * Each sub-page must be freed individually.
2525  *
2526  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2527  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2528  */
2529 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2530 {
2531         int i;
2532
2533         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2534         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2535
2536         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2537                 set_page_refcounted(page + i);
2538         split_page_owner(page, 1 << order);
2539         split_page_memcg(page, 1 << order);
2540 }
2541 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2542
2543 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2544 {
2545         struct zone *zone = page_zone(page);
2546         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2547
2548         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2549                 unsigned long watermark;
2550                 /*
2551                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2552                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2553                  * watermark, because we already know our high-order page
2554                  * exists.
2555                  */
2556                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2557                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2558                         return 0;
2559
2560                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2561         }
2562
2563         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2564
2565         /*
2566          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2567          * pageblock
2568          */
2569         if (order >= pageblock_order - 1) {
2570                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2571                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2572                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2573                         /*
2574                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2575                          * with others)
2576                          */
2577                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2578                                 set_pageblock_migratetype(page,
2579                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2580                 }
2581         }
2582
2583         return 1UL << order;
2584 }
2585
2586 /**
2587  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2588  * @page: Page that was isolated
2589  * @order: Order of the isolated page
2590  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2591  *
2592  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2593  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2594  */
2595 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2596 {
2597         struct zone *zone = page_zone(page);
2598
2599         /* zone lock should be held when this function is called */
2600         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2601
2602         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2603         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2604                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2605 }
2606
2607 /*
2608  * Update NUMA hit/miss statistics
2609  */
2610 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2611                                    long nr_account)
2612 {
2613 #ifdef CONFIG_NUMA
2614         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2615
2616         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2617         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2618                 return;
2619
2620         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2621                 local_stat = NUMA_OTHER;
2622
2623         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2624                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2625         else {
2626                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2627                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2628         }
2629         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2630 #endif
2631 }
2632
2633 static __always_inline
2634 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2635                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2636                            int migratetype)
2637 {
2638         struct page *page;
2639         unsigned long flags;
2640
2641         do {
2642                 page = NULL;
2643                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2644                 /*
2645                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
2646                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
2647                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
2648                  * request should skip it.
2649                  */
2650                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2651                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2652                 if (!page) {
2653                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2654
2655                         /*
2656                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2657                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2658                          * failing a high-order atomic allocation in the
2659                          * future.
2660                          */
2661                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2662                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2663
2664                         if (!page) {
2665                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2666                                 return NULL;
2667                         }
2668                 }
2669                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2670                                           get_pcppage_migratetype(page));
2671                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2672         } while (check_new_pages(page, order));
2673
2674         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2675         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2676
2677         return page;
2678 }
2679
2680 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2681 static inline
2682 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2683                         int migratetype,
2684                         unsigned int alloc_flags,
2685                         struct per_cpu_pages *pcp,
2686                         struct list_head *list)
2687 {
2688         struct page *page;
2689
2690         do {
2691                 if (list_empty(list)) {
2692                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2693                         int alloced;
2694
2695                         /*
2696                          * Scale batch relative to order if batch implies
2697                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
2698                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
2699                          * should never store free pages as the pages may
2700                          * belong to arbitrary zones.
2701                          */
2702                         if (batch > 1)
2703                                 batch = max(batch >> order, 2);
2704                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2705                                         batch, list,
2706                                         migratetype, alloc_flags);
2707
2708                         pcp->count += alloced << order;
2709                         if (unlikely(list_empty(list)))
2710                                 return NULL;
2711                 }
2712
2713                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2714                 list_del(&page->pcp_list);
2715                 pcp->count -= 1 << order;
2716         } while (check_new_pages(page, order));
2717
2718         return page;
2719 }
2720
2721 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2722 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2723                         struct zone *zone, unsigned int order,
2724                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2725 {
2726         struct per_cpu_pages *pcp;
2727         struct list_head *list;
2728         struct page *page;
2729         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2730
2731         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2732         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2733         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2734         if (!pcp) {
2735                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2736                 return NULL;
2737         }
2738
2739         /*
2740          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2741          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2742          * frees.
2743          */
2744         pcp->free_factor >>= 1;
2745         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2746         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2747         pcp_spin_unlock(pcp);
2748         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2749         if (page) {
2750                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2751                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2752         }
2753         return page;
2754 }
2755
2756 /*
2757  * Allocate a page from the given zone.
2758  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2759  */
2760
2761 /*
2762  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2763  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2764  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2765  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2766  */
2767 __no_sanitize_memory
2768 static inline
2769 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2770                         struct zone *zone, unsigned int order,
2771                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2772                         int migratetype)
2773 {
2774         struct page *page;
2775
2776         /*
2777          * We most definitely don't want callers attempting to
2778          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2779          */
2780         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2781
2782         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2783                 /*
2784                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
2785                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
2786                  */
2787                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
2788                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
2789                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2790                                         migratetype, alloc_flags);
2791                         if (likely(page))
2792                                 goto out;
2793                 }
2794         }
2795
2796         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2797                                                         migratetype);
2798
2799 out:
2800         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2801         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2802             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2803                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2804                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2805         }
2806
2807         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2808         return page;
2809 }
2810
2811 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2812 {
2813         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2814 }
2815 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2816
2817 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2818                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2819 {
2820         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2821
2822         /*
2823          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2824          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2825          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2826          */
2827         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2828                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2829
2830 #ifdef CONFIG_CMA
2831         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2832         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2833                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2834 #endif
2835 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2836         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2837 #endif
2838
2839         return unusable_free;
2840 }
2841
2842 /*
2843  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2844  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2845  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2846  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2847  */
2848 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2849                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2850                          long free_pages)
2851 {
2852         long min = mark;
2853         int o;
2854
2855         /* free_pages may go negative - that's OK */
2856         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2857
2858         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2859                 /*
2860                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2861                  * as OOM.
2862                  */
2863                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2864                         min -= min / 2;
2865
2866                         /*
2867                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2868                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2869                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2870                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2871                          * access to the min reserve.
2872                          */
2873                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2874                                 min -= min / 4;
2875                 }
2876
2877                 /*
2878                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2879                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2880                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2881                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2882                  */
2883                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2884                         min -= min / 2;
2885         }
2886
2887         /*
2888          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2889          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2890          * even if a suitable page happened to be free.
2891          */
2892         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
2893                 return false;
2894
2895         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2896         if (!order)
2897                 return true;
2898
2899         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2900         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
2901                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2902                 int mt;
2903
2904                 if (!area->nr_free)
2905                         continue;
2906
2907                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2908                         if (!free_area_empty(area, mt))
2909                                 return true;
2910                 }
2911
2912 #ifdef CONFIG_CMA
2913                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2914                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
2915                         return true;
2916                 }
2917 #endif
2918                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
2919                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
2920                         return true;
2921                 }
2922         }
2923         return false;
2924 }
2925
2926 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2927                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
2928 {
2929         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
2930                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2931 }
2932
2933 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2934                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
2935                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
2936 {
2937         long free_pages;
2938
2939         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2940
2941         /*
2942          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2943          * need to be calculated.
2944          */
2945         if (!order) {
2946                 long usable_free;
2947                 long reserved;
2948
2949                 usable_free = free_pages;
2950                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
2951
2952                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
2953                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
2954                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
2955                         return true;
2956         }
2957
2958         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
2959                                         free_pages))
2960                 return true;
2961
2962         /*
2963          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
2964          * when checking the min watermark. The min watermark is the
2965          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
2966          * when below the low watermark.
2967          */
2968         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
2969                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
2970                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
2971                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
2972                                         alloc_flags, free_pages);
2973         }
2974
2975         return false;
2976 }
2977
2978 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
2979                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
2980 {
2981         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2982
2983         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
2984                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
2985
2986         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
2987                                                                 free_pages);
2988 }
2989
2990 #ifdef CONFIG_NUMA
2991 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
2992
2993 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
2994 {
2995         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
2996                                 node_reclaim_distance;
2997 }
2998 #else   /* CONFIG_NUMA */
2999 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3000 {
3001         return true;
3002 }
3003 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3004
3005 /*
3006  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3007  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3008  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3009  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3010  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3011  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3012  */
3013 static inline unsigned int
3014 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3015 {
3016         unsigned int alloc_flags;
3017
3018         /*
3019          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3020          * to save a branch.
3021          */
3022         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3023
3024 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3025         if (!zone)
3026                 return alloc_flags;
3027
3028         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3029                 return alloc_flags;
3030
3031         /*
3032          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3033          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3034          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3035          */
3036         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3037         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3038                 return alloc_flags;
3039
3040         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3041 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3042         return alloc_flags;
3043 }
3044
3045 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3046 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3047                                                   unsigned int alloc_flags)
3048 {
3049 #ifdef CONFIG_CMA
3050         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3051                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3052 #endif
3053         return alloc_flags;
3054 }
3055
3056 /*
3057  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3058  * a page.
3059  */
3060 static struct page *
3061 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3062                                                 const struct alloc_context *ac)
3063 {
3064         struct zoneref *z;
3065         struct zone *zone;
3066         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3067         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3068         bool no_fallback;
3069
3070 retry:
3071         /*
3072          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3073          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3074          */
3075         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3076         z = ac->preferred_zoneref;
3077         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3078                                         ac->nodemask) {
3079                 struct page *page;
3080                 unsigned long mark;
3081
3082                 if (cpusets_enabled() &&
3083                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3084                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3085                                 continue;
3086                 /*
3087                  * When allocating a page cache page for writing, we
3088                  * want to get it from a node that is within its dirty
3089                  * limit, such that no single node holds more than its
3090                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3091                  * The dirty limits take into account the node's
3092                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3093                  * should be able to balance it without having to
3094                  * write pages from its LRU list.
3095                  *
3096                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3097                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3098                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3099                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3100                  * nodes are together not big enough to reach the
3101                  * global limit.  The proper fix for these situations
3102                  * will require awareness of nodes in the
3103                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3104                  */
3105                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3106                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3107                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3108                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3109                         }
3110
3111                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3112                                 continue;
3113                 }
3114
3115                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3116                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3117                         int local_nid;
3118
3119                         /*
3120                          * If moving to a remote node, retry but allow
3121                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3122                          * than fragmentation avoidance.
3123                          */
3124                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3125                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3126                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3127                                 goto retry;
3128                         }
3129                 }
3130
3131                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3132                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3133                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3134                                        gfp_mask)) {
3135                         int ret;
3136
3137                         if (has_unaccepted_memory()) {
3138                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3139                                         goto try_this_zone;
3140                         }
3141
3142 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3143                         /*
3144                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3145                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3146                          */
3147                         if (deferred_pages_enabled()) {
3148                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3149                                         goto try_this_zone;
3150                         }
3151 #endif
3152                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3153                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3154                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3155                                 goto try_this_zone;
3156
3157                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3158                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3159                                 continue;
3160
3161                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3162                         switch (ret) {
3163                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3164                                 /* did not scan */
3165                                 continue;
3166                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3167                                 /* scanned but unreclaimable */
3168                                 continue;
3169                         default:
3170                                 /* did we reclaim enough */
3171                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3172                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3173                                         goto try_this_zone;
3174
3175                                 continue;
3176                         }
3177                 }
3178
3179 try_this_zone:
3180                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3181                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3182                 if (page) {
3183                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3184
3185                         /*
3186                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3187                          * if the pageblock should be reserved for the future
3188                          */
3189                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3190                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3191
3192                         return page;
3193                 } else {
3194                         if (has_unaccepted_memory()) {
3195                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3196                                         goto try_this_zone;
3197                         }
3198
3199 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3200                         /* Try again if zone has deferred pages */
3201                         if (deferred_pages_enabled()) {
3202                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3203                                         goto try_this_zone;
3204                         }
3205 #endif
3206                 }
3207         }
3208
3209         /*
3210          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3211          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3212          */
3213         if (no_fallback) {
3214                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3215                 goto retry;
3216         }
3217
3218         return NULL;
3219 }
3220
3221 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3222 {
3223         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3224
3225         /*
3226          * This documents exceptions given to allocations in certain
3227          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3228          * of allowed nodes.
3229          */
3230         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3231                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3232                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3233                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3234         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3235                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3236
3237         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3238 }
3239
3240 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3241 {
3242         struct va_format vaf;
3243         va_list args;
3244         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3245
3246         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3247              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3248              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3249                 return;
3250
3251         va_start(args, fmt);
3252         vaf.fmt = fmt;
3253         vaf.va = &args;
3254         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3255                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3256                         nodemask_pr_args(nodemask));
3257         va_end(args);
3258
3259         cpuset_print_current_mems_allowed();
3260         pr_cont("\n");
3261         dump_stack();
3262         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3263 }
3264
3265 static inline struct page *
3266 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3267                               unsigned int alloc_flags,
3268                               const struct alloc_context *ac)
3269 {
3270         struct page *page;
3271
3272         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3273                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3274         /*
3275          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3276          * are depleted
3277          */
3278         if (!page)
3279                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3280                                 alloc_flags, ac);
3281
3282         return page;
3283 }
3284
3285 static inline struct page *
3286 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3287         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3288 {
3289         struct oom_control oc = {
3290                 .zonelist = ac->zonelist,
3291                 .nodemask = ac->nodemask,
3292                 .memcg = NULL,
3293                 .gfp_mask = gfp_mask,
3294                 .order = order,
3295         };
3296         struct page *page;
3297
3298         *did_some_progress = 0;
3299
3300         /*
3301          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3302          * making progress for us.
3303          */
3304         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3305                 *did_some_progress = 1;
3306                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3307                 return NULL;
3308         }
3309
3310         /*
3311          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3312          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3313          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3314          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3315          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3316          */
3317         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3318                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3319                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3320         if (page)
3321                 goto out;
3322
3323         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3324         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3325                 goto out;
3326         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3327         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3328                 goto out;
3329         /*
3330          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3331          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3332          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3333          * fallback than shooting a random task.
3334          *
3335          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3336          */
3337         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3338                 goto out;
3339         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3340         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3341                 goto out;
3342         if (pm_suspended_storage())
3343                 goto out;
3344         /*
3345          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3346          * other request to make a forward progress.
3347          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3348          * do much for this context but let's try it to at least get
3349          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3350          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3351          * failures more gracefully we should just bail out here.
3352          */
3353
3354         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3355         if (out_of_memory(&oc) ||
3356             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3357                 *did_some_progress = 1;
3358
3359                 /*
3360                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3361                  * reserves
3362                  */
3363                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3364                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3365                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3366         }
3367 out:
3368         mutex_unlock(&oom_lock);
3369         return page;
3370 }
3371
3372 /*
3373  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3374  * killer is consider as the only way to move forward.
3375  */
3376 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3377
3378 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3379 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3380 static struct page *
3381 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3382                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3383                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3384 {
3385         struct page *page = NULL;
3386         unsigned long pflags;
3387         unsigned int noreclaim_flag;
3388
3389         if (!order)
3390                 return NULL;
3391
3392         psi_memstall_enter(&pflags);
3393         delayacct_compact_start();
3394         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3395
3396         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3397                                                                 prio, &page);
3398
3399         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3400         psi_memstall_leave(&pflags);
3401         delayacct_compact_end();
3402
3403         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3404                 return NULL;
3405         /*
3406          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3407          * count a compaction stall
3408          */
3409         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3410
3411         /* Prep a captured page if available */
3412         if (page)
3413                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3414
3415         /* Try get a page from the freelist if available */
3416         if (!page)
3417                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3418
3419         if (page) {
3420                 struct zone *zone = page_zone(page);
3421
3422                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3423                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3424                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3425                 return page;
3426         }
3427
3428         /*
3429          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3430          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3431          */
3432         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3433
3434         cond_resched();
3435
3436         return NULL;
3437 }
3438
3439 static inline bool
3440 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3441                      enum compact_result compact_result,
3442                      enum compact_priority *compact_priority,
3443                      int *compaction_retries)
3444 {
3445         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3446         int min_priority;
3447         bool ret = false;
3448         int retries = *compaction_retries;
3449         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3450
3451         if (!order)
3452                 return false;
3453
3454         if (fatal_signal_pending(current))
3455                 return false;
3456
3457         /*
3458          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3459          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3460          */
3461         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3462                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3463                 goto out;
3464         }
3465
3466         /*
3467          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3468          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3469          */
3470         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3471                 /*
3472                  * !costly requests are much more important than
3473                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3474                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3475                  * costly can fail and users are ready to cope with
3476                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3477                  * need much more detailed feedback from compaction to
3478                  * make a better decision.
3479                  */
3480                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3481                         max_retries /= 4;
3482
3483                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3484                         ret = true;
3485                         goto out;
3486                 }
3487         }
3488
3489         /*
3490          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3491          */
3492         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3493                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3494
3495         if (*compact_priority > min_priority) {
3496                 (*compact_priority)--;
3497                 *compaction_retries = 0;
3498                 ret = true;
3499         }
3500 out:
3501         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3502         return ret;
3503 }
3504 #else
3505 static inline struct page *
3506 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3507                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3508                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3509 {
3510         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3511         return NULL;
3512 }
3513
3514 static inline bool
3515 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3516                      enum compact_result compact_result,
3517                      enum compact_priority *compact_priority,
3518                      int *compaction_retries)
3519 {
3520         struct zone *zone;
3521         struct zoneref *z;
3522
3523         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3524                 return false;
3525
3526         /*
3527          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3528          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3529          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3530          * watermarks are OK.
3531          */
3532         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3533                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3534                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3535                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3536                         return true;
3537         }
3538         return false;
3539 }
3540 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3541
3542 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3543 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3544         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3545
3546 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3547 {
3548         /* no reclaim without waiting on it */
3549         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3550                 return false;
3551
3552         /* this guy won't enter reclaim */
3553         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3554                 return false;
3555
3556         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3557                 return false;
3558
3559         return true;
3560 }
3561
3562 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3563 {
3564         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3565 }
3566
3567 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3568 {
3569         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3570 }
3571
3572 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3573 {
3574         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3575
3576         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3577                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3578                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3579
3580 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3581                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3582                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3583 #endif
3584
3585         }
3586 }
3587 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3588
3589 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3590 {
3591         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3592
3593         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3594                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3595                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3596         }
3597 }
3598 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3599 #endif
3600
3601 /*
3602  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3603  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3604  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3605  * embedded spin_lock.
3606  */
3607 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3608
3609 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3610 {
3611         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3612                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3613
3614         return 0;
3615 }
3616
3617 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3618 {
3619         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3620                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3621
3622         return seq;
3623 }
3624
3625 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3626 static unsigned long
3627 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3628                                         const struct alloc_context *ac)
3629 {
3630         unsigned int noreclaim_flag;
3631         unsigned long progress;
3632
3633         cond_resched();
3634
3635         /* We now go into synchronous reclaim */
3636         cpuset_memory_pressure_bump();
3637         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3638         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3639
3640         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3641                                                                 ac->nodemask);
3642
3643         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3644         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3645
3646         cond_resched();
3647
3648         return progress;
3649 }
3650
3651 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3652 static inline struct page *
3653 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3654                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3655                 unsigned long *did_some_progress)
3656 {
3657         struct page *page = NULL;
3658         unsigned long pflags;
3659         bool drained = false;
3660
3661         psi_memstall_enter(&pflags);
3662         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3663         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3664                 goto out;
3665
3666 retry:
3667         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3668
3669         /*
3670          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3671          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3672          * Shrink them and try again
3673          */
3674         if (!page && !drained) {
3675                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3676                 drain_all_pages(NULL);
3677                 drained = true;
3678                 goto retry;
3679         }
3680 out:
3681         psi_memstall_leave(&pflags);
3682
3683         return page;
3684 }
3685
3686 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3687                              const struct alloc_context *ac)
3688 {
3689         struct zoneref *z;
3690         struct zone *zone;
3691         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3692         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3693
3694         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3695                                         ac->nodemask) {
3696                 if (!managed_zone(zone))
3697                         continue;
3698                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3699                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3700                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3701                 }
3702         }
3703 }
3704
3705 static inline unsigned int
3706 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3707 {
3708         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3709
3710         /*
3711          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3712          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3713          * to save two branches.
3714          */
3715         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3716         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3717
3718         /*
3719          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3720          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3721          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3722          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3723          */
3724         alloc_flags |= (__force int)
3725                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3726
3727         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3728                 /*
3729                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3730                  * if it can't schedule.
3731                  */
3732                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3733                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3734
3735                         if (order > 0)
3736                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3737                 }
3738
3739                 /*
3740                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3741                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3742                  * cpuset_node_allowed().
3743                  */
3744                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3745                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3746         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3747                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3748
3749         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3750
3751         return alloc_flags;
3752 }
3753
3754 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3755 {
3756         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3757                 return false;
3758
3759         /*
3760          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3761          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3762          */
3763         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3764                 return false;
3765
3766         return true;
3767 }
3768
3769 /*
3770  * Distinguish requests which really need access to full memory
3771  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3772  */
3773 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3774 {
3775         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3776                 return 0;
3777         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3778                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3779         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3780                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3781         if (!in_interrupt()) {
3782                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3783                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3784                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3785                         return ALLOC_OOM;
3786         }
3787
3788         return 0;
3789 }
3790
3791 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3792 {
3793         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3794 }
3795
3796 /*
3797  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3798  * for the given allocation request.
3799  *
3800  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3801  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3802  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3803  *
3804  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3805  */
3806 static inline bool
3807 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3808                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3809                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3810 {
3811         struct zone *zone;
3812         struct zoneref *z;
3813         bool ret = false;
3814
3815         /*
3816          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3817          * their order will become available due to high fragmentation so
3818          * always increment the no progress counter for them
3819          */
3820         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3821                 *no_progress_loops = 0;
3822         else
3823                 (*no_progress_loops)++;
3824
3825         /*
3826          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3827          * several times in the row.
3828          */
3829         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3830                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3831                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3832         }
3833
3834         /*
3835          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3836          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3837          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3838          * screwed and have to go OOM.
3839          */
3840         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3841                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3842                 unsigned long available;
3843                 unsigned long reclaimable;
3844                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3845                 bool wmark;
3846
3847                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3848                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3849
3850                 /*
3851                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3852                  * reclaimable pages?
3853                  */
3854                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3855                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3856                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3857                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3858                 if (wmark) {
3859                         ret = true;
3860                         break;
3861                 }
3862         }
3863
3864         /*
3865          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
3866          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
3867          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
3868          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
3869          * here rather than calling cond_resched().
3870          */
3871         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3872                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3873         else
3874                 cond_resched();
3875         return ret;
3876 }
3877
3878 static inline bool
3879 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
3880 {
3881         /*
3882          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
3883          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
3884          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
3885          * such a way the check therein was true, and then it became false
3886          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
3887          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
3888          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
3889          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
3890          * caller can deal with a violated nodemask.
3891          */
3892         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
3893                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
3894                 ac->nodemask = NULL;
3895                 return true;
3896         }
3897
3898         /*
3899          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3900          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3901          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3902          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3903          * retry.
3904          */
3905         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3906                 return true;
3907
3908         return false;
3909 }
3910
3911 static inline struct page *
3912 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3913                                                 struct alloc_context *ac)
3914 {
3915         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3916         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
3917         struct page *page = NULL;
3918         unsigned int alloc_flags;
3919         unsigned long did_some_progress;
3920         enum compact_priority compact_priority;
3921         enum compact_result compact_result;
3922         int compaction_retries;
3923         int no_progress_loops;
3924         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3925         unsigned int zonelist_iter_cookie;
3926         int reserve_flags;
3927
3928 restart:
3929         compaction_retries = 0;
3930         no_progress_loops = 0;
3931         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3932         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3933         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
3934
3935         /*
3936          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3937          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3938          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3939          */
3940         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
3941
3942         /*
3943          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3944          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3945          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3946          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3947          */
3948         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3949                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
3950         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3951                 goto nopage;
3952
3953         /*
3954          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
3955          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
3956          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
3957          */
3958         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
3959                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3960                                         ac->highest_zoneidx,
3961                                         &cpuset_current_mems_allowed);
3962                 if (!z->zone)
3963                         goto nopage;
3964         }
3965
3966         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
3967                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
3968
3969         /*
3970          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
3971          * that first
3972          */
3973         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3974         if (page)
3975                 goto got_pg;
3976
3977         /*
3978          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
3979          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
3980          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
3981          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
3982          * same migratetype.
3983          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
3984          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
3985          */
3986         if (can_direct_reclaim &&
3987                         (costly_order ||
3988                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
3989                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
3990                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
3991                                                 alloc_flags, ac,
3992                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
3993                                                 &compact_result);
3994                 if (page)
3995                         goto got_pg;
3996
3997                 /*
3998                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
3999                  * includes some THP page fault allocations
4000                  */
4001                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4002                         /*
4003                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4004                          * failed because all zones are below low watermarks
4005                          * or is prohibited because it recently failed at this
4006                          * order, fail immediately unless the allocator has
4007                          * requested compaction and reclaim retry.
4008                          *
4009                          * Reclaim is
4010                          *  - potentially very expensive because zones are far
4011                          *    below their low watermarks or this is part of very
4012                          *    bursty high order allocations,
4013                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4014                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4015                          *    linear scan, and
4016                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4017                          *    own.
4018                          */
4019                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4020                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4021                                 goto nopage;
4022
4023                         /*
4024                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4025                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4026                          * using async compaction.
4027                          */
4028                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4029                 }
4030         }
4031
4032 retry:
4033         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4034         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4035                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4036
4037         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4038         if (reserve_flags)
4039                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4040                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4041
4042         /*
4043          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4044          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4045          * user oriented.
4046          */
4047         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4048                 ac->nodemask = NULL;
4049                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4050                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4051         }
4052
4053         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4054         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4055         if (page)
4056                 goto got_pg;
4057
4058         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4059         if (!can_direct_reclaim)
4060                 goto nopage;
4061
4062         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4063         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4064                 goto nopage;
4065
4066         /* Try direct reclaim and then allocating */
4067         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4068                                                         &did_some_progress);
4069         if (page)
4070                 goto got_pg;
4071
4072         /* Try direct compaction and then allocating */
4073         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4074                                         compact_priority, &compact_result);
4075         if (page)
4076                 goto got_pg;
4077
4078         /* Do not loop if specifically requested */
4079         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4080                 goto nopage;
4081
4082         /*
4083          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4084          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4085          */
4086         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4087                 goto nopage;
4088
4089         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4090                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4091                 goto retry;
4092
4093         /*
4094          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4095          * reclaim is not able to make any progress because the current
4096          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4097          * of free memory (see __compaction_suitable)
4098          */
4099         if (did_some_progress > 0 &&
4100                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4101                                 compact_result, &compact_priority,
4102                                 &compaction_retries))
4103                 goto retry;
4104
4105
4106         /*
4107          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4108          * a unnecessary OOM kill.
4109          */
4110         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4111             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4112                 goto restart;
4113
4114         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4115         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4116         if (page)
4117                 goto got_pg;
4118
4119         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4120         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4121             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4122              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4123                 goto nopage;
4124
4125         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4126         if (did_some_progress) {
4127                 no_progress_loops = 0;
4128                 goto retry;
4129         }
4130
4131 nopage:
4132         /*
4133          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4134          * a unnecessary OOM kill.
4135          */
4136         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4137             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4138                 goto restart;
4139
4140         /*
4141          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4142          * we always retry
4143          */
4144         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4145                 /*
4146                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4147                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4148                  */
4149                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4150                         goto fail;
4151
4152                 /*
4153                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4154                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4155                  * for somebody to do a work for us
4156                  */
4157                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4158
4159                 /*
4160                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4161                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4162                  * so that we can identify them and convert them to something
4163                  * else.
4164                  */
4165                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4166
4167                 /*
4168                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4169                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4170                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4171                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4172                  * the situation worse.
4173                  */
4174                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4175                 if (page)
4176                         goto got_pg;
4177
4178                 cond_resched();
4179                 goto retry;
4180         }
4181 fail:
4182         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4183                         "page allocation failure: order:%u", order);
4184 got_pg:
4185         return page;
4186 }
4187
4188 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4189                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4190                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4191                 unsigned int *alloc_flags)
4192 {
4193         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4194         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4195         ac->nodemask = nodemask;
4196         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4197
4198         if (cpusets_enabled()) {
4199                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4200                 /*
4201                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4202                  * to the current task context. It means that any node ok.
4203                  */
4204                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4205                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4206                 else
4207                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4208         }
4209
4210         might_alloc(gfp_mask);
4211
4212         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4213                 return false;
4214
4215         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4216
4217         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4218         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4219
4220         /*
4221          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4222          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4223          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4224          */
4225         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4226                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4227
4228         return true;
4229 }
4230
4231 /*
4232  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4233  * @gfp: GFP flags for the allocation
4234  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4235  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4236  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4237  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4238  * @page_array: Optional array to store the pages
4239  *
4240  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4241  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4242  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4243  *
4244  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4245  *
4246  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4247  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4248  *
4249  * Returns the number of pages on the list or array.
4250  */
4251 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4252                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4253                         struct list_head *page_list,
4254                         struct page **page_array)
4255 {
4256         struct page *page;
4257         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4258         struct zone *zone;
4259         struct zoneref *z;
4260         struct per_cpu_pages *pcp;
4261         struct list_head *pcp_list;
4262         struct alloc_context ac;
4263         gfp_t alloc_gfp;
4264         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4265         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4266
4267         /*
4268          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4269          * to be allocated before disabling IRQs.
4270          */
4271         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4272                 nr_populated++;
4273
4274         /* No pages requested? */
4275         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4276                 goto out;
4277
4278         /* Already populated array? */
4279         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4280                 goto out;
4281
4282         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4283         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4284                 goto failed;
4285
4286         /* Use the single page allocator for one page. */
4287         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4288                 goto failed;
4289
4290 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4291         /*
4292          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4293          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4294          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4295          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4296          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4297          */
4298         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4299                 goto failed;
4300 #endif
4301
4302         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4303         gfp &= gfp_allowed_mask;
4304         alloc_gfp = gfp;
4305         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4306                 goto out;
4307         gfp = alloc_gfp;
4308
4309         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4310         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4311                 unsigned long mark;
4312
4313                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4314                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4315                         continue;
4316                 }
4317
4318                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4319                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4320                         goto failed;
4321                 }
4322
4323                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4324                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4325                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4326                                 alloc_flags, gfp)) {
4327                         break;
4328                 }
4329         }
4330
4331         /*
4332          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4333          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4334          */
4335         if (unlikely(!zone))
4336                 goto failed;
4337
4338         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4339         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4340         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4341         if (!pcp)
4342                 goto failed_irq;
4343
4344         /* Attempt the batch allocation */
4345         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4346         while (nr_populated < nr_pages) {
4347
4348                 /* Skip existing pages */
4349                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4350                         nr_populated++;
4351                         continue;
4352                 }
4353
4354                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4355                                                                 pcp, pcp_list);
4356                 if (unlikely(!page)) {
4357                         /* Try and allocate at least one page */
4358                         if (!nr_account) {
4359                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4360                                 goto failed_irq;
4361                         }
4362                         break;
4363                 }
4364                 nr_account++;
4365
4366                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4367                 if (page_list)
4368                         list_add(&page->lru, page_list);
4369                 else
4370                         page_array[nr_populated] = page;
4371                 nr_populated++;
4372         }
4373
4374         pcp_spin_unlock(pcp);
4375         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4376
4377         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4378         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4379
4380 out:
4381         return nr_populated;
4382
4383 failed_irq:
4384         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4385
4386 failed:
4387         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4388         if (page) {
4389                 if (page_list)
4390                         list_add(&page->lru, page_list);
4391                 else
4392                         page_array[nr_populated] = page;
4393                 nr_populated++;
4394         }
4395
4396         goto out;
4397 }
4398 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4399
4400 /*
4401  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4402  */
4403 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4404                                                         nodemask_t *nodemask)
4405 {
4406         struct page *page;
4407         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4408         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4409         struct alloc_context ac = { };
4410
4411         /*
4412          * There are several places where we assume that the order value is sane
4413          * so bail out early if the request is out of bound.
4414          */
4415         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4416                 return NULL;
4417
4418         gfp &= gfp_allowed_mask;
4419         /*
4420          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4421          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4422          * from a particular context which has been marked by
4423          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4424          * movable zones are not used during allocation.
4425          */
4426         gfp = current_gfp_context(gfp);
4427         alloc_gfp = gfp;
4428         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4429                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4430                 return NULL;
4431
4432         /*
4433          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4434          * memory until all local zones are considered.
4435          */
4436         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4437
4438         /* First allocation attempt */
4439         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4440         if (likely(page))
4441                 goto out;
4442
4443         alloc_gfp = gfp;
4444         ac.spread_dirty_pages = false;
4445
4446         /*
4447          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4448          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4449          */
4450         ac.nodemask = nodemask;
4451
4452         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4453
4454 out:
4455         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4456             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4457                 __free_pages(page, order);
4458                 page = NULL;
4459         }
4460
4461         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4462         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4463
4464         return page;
4465 }
4466 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4467
4468 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4469                 nodemask_t *nodemask)
4470 {
4471         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4472                         preferred_nid, nodemask);
4473         struct folio *folio = (struct folio *)page;
4474
4475         if (folio && order > 1)
4476                 folio_prep_large_rmappable(folio);
4477         return folio;
4478 }
4479 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4480
4481 /*
4482  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4483  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4484  * you need to access high mem.
4485  */
4486 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4487 {
4488         struct page *page;
4489
4490         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4491         if (!page)
4492                 return 0;
4493         return (unsigned long) page_address(page);
4494 }
4495 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4496
4497 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4498 {
4499         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4500 }
4501 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4502
4503 /**
4504  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4505  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4506  * @order: The order of the allocation.
4507  *
4508  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4509  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4510  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4511  * than was allocated will probably emit a warning.
4512  *
4513  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4514  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4515  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4516  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4517  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4518  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4519  *
4520  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4521  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4522  */
4523 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4524 {
4525         /* get PageHead before we drop reference */
4526         int head = PageHead(page);
4527
4528         if (put_page_testzero(page))
4529                 free_the_page(page, order);
4530         else if (!head)
4531                 while (order-- > 0)
4532                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4533 }
4534 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4535
4536 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4537 {
4538         if (addr != 0) {
4539                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4540                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4541         }
4542 }
4543
4544 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4545
4546 /*
4547  * Page Fragment:
4548  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4549  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4550  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4551  *
4552  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4553  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4554  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4555  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4556  */
4557 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4558                                              gfp_t gfp_mask)
4559 {
4560         struct page *page = NULL;
4561         gfp_t gfp = gfp_mask;
4562
4563 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4564         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4565                     __GFP_NOMEMALLOC;
4566         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4567                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4568         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4569 #endif
4570         if (unlikely(!page))
4571                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4572
4573         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4574
4575         return page;
4576 }
4577
4578 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4579 {
4580         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4581
4582         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4583                 free_the_page(page, compound_order(page));
4584 }
4585 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4586
4587 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4588                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4589                       unsigned int align_mask)
4590 {
4591         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4592         struct page *page;
4593         int offset;
4594
4595         if (unlikely(!nc->va)) {
4596 refill:
4597                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4598                 if (!page)
4599                         return NULL;
4600
4601 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4602                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4603                 size = nc->size;
4604 #endif
4605                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4606                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4607                  */
4608                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4609
4610                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4611                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4612                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4613                 nc->offset = size;
4614         }
4615
4616         offset = nc->offset - fragsz;
4617         if (unlikely(offset < 0)) {
4618                 page = virt_to_page(nc->va);
4619
4620                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4621                         goto refill;
4622
4623                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4624                         free_the_page(page, compound_order(page));
4625                         goto refill;
4626                 }
4627
4628 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4629                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4630                 size = nc->size;
4631 #endif
4632                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4633                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4634
4635                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4636                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4637                 offset = size - fragsz;
4638                 if (unlikely(offset < 0)) {
4639                         /*
4640                          * The caller is trying to allocate a fragment
4641                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4642                          * enough to satisfy the request, this may
4643                          * happen in low memory conditions.
4644                          * We don't release the cache page because
4645                          * it could make memory pressure worse
4646                          * so we simply return NULL here.
4647                          */
4648                         return NULL;
4649                 }
4650         }
4651
4652         nc->pagecnt_bias--;
4653         offset &= align_mask;
4654         nc->offset = offset;
4655
4656         return nc->va + offset;
4657 }
4658 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4659
4660 /*
4661  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4662  */
4663 void page_frag_free(void *addr)
4664 {
4665         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4666
4667         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4668                 free_the_page(page, compound_order(page));
4669 }
4670 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4671
4672 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4673                 size_t size)
4674 {
4675         if (addr) {
4676                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4677                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4678                 struct page *last = page + nr;
4679
4680                 split_page_owner(page, 1 << order);
4681                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4682                 while (page < --last)
4683                         set_page_refcounted(last);
4684
4685                 last = page + (1UL << order);
4686                 for (page += nr; page < last; page++)
4687                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4688         }
4689         return (void *)addr;
4690 }
4691
4692 /**
4693  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4694  * @size: the number of bytes to allocate
4695  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4696  *
4697  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4698  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4699  * allocate memory in power-of-two pages.
4700  *
4701  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4702  *
4703  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4704  *
4705  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4706  */
4707 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4708 {
4709         unsigned int order = get_order(size);
4710         unsigned long addr;
4711
4712         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4713                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4714
4715         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4716         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4717 }
4718 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4719
4720 /**
4721  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4722  *                         pages on a node.
4723  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4724  * @size: the number of bytes to allocate
4725  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4726  *
4727  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4728  * back.
4729  *
4730  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4731  */
4732 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4733 {
4734         unsigned int order = get_order(size);
4735         struct page *p;
4736
4737         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4738                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4739
4740         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4741         if (!p)
4742                 return NULL;
4743         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4744 }
4745
4746 /**
4747  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4748  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4749  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4750  *
4751  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4752  */
4753 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4754 {
4755         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4756         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4757
4758         while (addr < end) {
4759                 free_page(addr);
4760                 addr += PAGE_SIZE;
4761         }
4762 }
4763 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4764
4765 /**
4766  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4767  * @offset: The zone index of the highest zone
4768  *
4769  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4770  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4771  * zone, the number of pages is calculated as:
4772  *
4773  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4774  *
4775  * Return: number of pages beyond high watermark.
4776  */
4777 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4778 {
4779         struct zoneref *z;
4780         struct zone *zone;
4781
4782         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4783         unsigned long sum = 0;
4784
4785         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4786
4787         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4788                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4789                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4790                 if (size > high)
4791                         sum += size - high;
4792         }
4793
4794         return sum;
4795 }
4796
4797 /**
4798  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4799  *
4800  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4801  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4802  *
4803  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4804  * ZONE_NORMAL.
4805  */
4806 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4807 {
4808         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4809 }
4810 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4811
4812 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4813 {
4814         zoneref->zone = zone;
4815         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4816 }
4817
4818 /*
4819  * Builds allocation fallback zone lists.
4820  *
4821  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4822  */
4823 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4824 {
4825         struct zone *zone;
4826         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4827         int nr_zones = 0;
4828
4829         do {
4830                 zone_type--;
4831                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4832                 if (populated_zone(zone)) {
4833                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4834                         check_highest_zone(zone_type);
4835                 }
4836         } while (zone_type);
4837
4838         return nr_zones;
4839 }
4840
4841 #ifdef CONFIG_NUMA
4842
4843 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4844 {
4845         /*
4846          * We used to support different zonelists modes but they turned
4847          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4848          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4849          * not fail it silently
4850          */
4851         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4852                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4853                 return -EINVAL;
4854         }
4855         return 0;
4856 }
4857
4858 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4859 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4860 /*
4861  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4862  */
4863 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4864                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4865 {
4866         if (write)
4867                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
4868         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4869 }
4870
4871 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4872
4873 /**
4874  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4875  * @node: node whose fallback list we're appending
4876  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4877  *
4878  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4879  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4880  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4881  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4882  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4883  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4884  * on them otherwise.
4885  *
4886  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
4887  */
4888 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4889 {
4890         int n, val;
4891         int min_val = INT_MAX;
4892         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4893
4894         /* Use the local node if we haven't already */
4895         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4896                 node_set(node, *used_node_mask);
4897                 return node;
4898         }
4899
4900         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4901
4902                 /* Don't want a node to appear more than once */
4903                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4904                         continue;
4905
4906                 /* Use the distance array to find the distance */
4907                 val = node_distance(node, n);
4908
4909                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4910                 val += (n < node);
4911
4912                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4913                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
4914                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4915
4916                 /* Slight preference for less loaded node */
4917                 val *= MAX_NUMNODES;
4918                 val += node_load[n];
4919
4920                 if (val < min_val) {
4921                         min_val = val;
4922                         best_node = n;
4923                 }
4924         }
4925
4926         if (best_node >= 0)
4927                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4928
4929         return best_node;
4930 }
4931
4932
4933 /*
4934  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4935  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4936  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4937  */
4938 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
4939                 unsigned nr_nodes)
4940 {
4941         struct zoneref *zonerefs;
4942         int i;
4943
4944         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
4945
4946         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
4947                 int nr_zones;
4948
4949                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
4950
4951                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
4952                 zonerefs += nr_zones;
4953         }
4954         zonerefs->zone = NULL;
4955         zonerefs->zone_idx = 0;
4956 }
4957
4958 /*
4959  * Build gfp_thisnode zonelists
4960  */
4961 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4962 {
4963         struct zoneref *zonerefs;
4964         int nr_zones;
4965
4966         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
4967         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
4968         zonerefs += nr_zones;
4969         zonerefs->zone = NULL;
4970         zonerefs->zone_idx = 0;
4971 }
4972
4973 /*
4974  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
4975  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
4976  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
4977  * may still exist in local DMA zone.
4978  */
4979
4980 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4981 {
4982         static int node_order[MAX_NUMNODES];
4983         int node, nr_nodes = 0;
4984         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
4985         int local_node, prev_node;
4986
4987         /* NUMA-aware ordering of nodes */
4988         local_node = pgdat->node_id;
4989         prev_node = local_node;
4990
4991         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
4992         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
4993                 /*
4994                  * We don't want to pressure a particular node.
4995                  * So adding penalty to the first node in same
4996                  * distance group to make it round-robin.
4997                  */
4998                 if (node_distance(local_node, node) !=
4999                     node_distance(local_node, prev_node))
5000                         node_load[node] += 1;
5001
5002                 node_order[nr_nodes++] = node;
5003                 prev_node = node;
5004         }
5005
5006         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5007         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5008         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5009         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5010                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5011         pr_cont("\n");
5012 }
5013
5014 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5015 /*
5016  * Return node id of node used for "local" allocations.
5017  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5018  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5019  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5020  */
5021 int local_memory_node(int node)
5022 {
5023         struct zoneref *z;
5024
5025         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5026                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5027                                    NULL);
5028         return zone_to_nid(z->zone);
5029 }
5030 #endif
5031
5032 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5033 static void setup_min_slab_ratio(void);
5034 #else   /* CONFIG_NUMA */
5035
5036 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5037 {
5038         int node, local_node;
5039         struct zoneref *zonerefs;
5040         int nr_zones;
5041
5042         local_node = pgdat->node_id;
5043
5044         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5045         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5046         zonerefs += nr_zones;
5047
5048         /*
5049          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5050          * of all the other nodes.
5051          * We don't want to pressure a particular node, so when
5052          * building the zones for node N, we make sure that the
5053          * zones coming right after the local ones are those from
5054          * node N+1 (modulo N)
5055          */
5056         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5057                 if (!node_online(node))
5058                         continue;
5059                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5060                 zonerefs += nr_zones;
5061         }
5062         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5063                 if (!node_online(node))
5064                         continue;
5065                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5066                 zonerefs += nr_zones;
5067         }
5068
5069         zonerefs->zone = NULL;
5070         zonerefs->zone_idx = 0;
5071 }
5072
5073 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5074
5075 /*
5076  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5077  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5078  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5079  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5080  * with interrupts disabled.
5081  *
5082  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5083  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5084  * hotplugged processors.
5085  *
5086  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5087  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5088  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5089  */
5090 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5091 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5092 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5093 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5094 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5095 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5096
5097 static void __build_all_zonelists(void *data)
5098 {
5099         int nid;
5100         int __maybe_unused cpu;
5101         pg_data_t *self = data;
5102         unsigned long flags;
5103
5104         /*
5105          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5106          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5107          */
5108         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5109         /*
5110          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5111          * trying to hold port->lock, for
5112          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5113          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5114          */
5115         printk_deferred_enter();
5116
5117 #ifdef CONFIG_NUMA
5118         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5119 #endif
5120
5121         /*
5122          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5123          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5124          */
5125         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5126                 build_zonelists(self);
5127         } else {
5128                 /*
5129                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5130                  * in free_area_init
5131                  */
5132                 for_each_node(nid) {
5133                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5134
5135                         build_zonelists(pgdat);
5136                 }
5137
5138 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5139                 /*
5140                  * We now know the "local memory node" for each node--
5141                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5142                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5143                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5144                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5145                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5146                  */
5147                 for_each_online_cpu(cpu)
5148                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5149 #endif
5150         }
5151
5152         printk_deferred_exit();
5153         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5154 }
5155
5156 static noinline void __init
5157 build_all_zonelists_init(void)
5158 {
5159         int cpu;
5160
5161         __build_all_zonelists(NULL);
5162
5163         /*
5164          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5165          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5166          * each zone will be allocated later when the per cpu
5167          * allocator is available.
5168          *
5169          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5170          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5171          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5172          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5173          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5174          * (a chicken-egg dilemma).
5175          */
5176         for_each_possible_cpu(cpu)
5177                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5178
5179         mminit_verify_zonelist();
5180         cpuset_init_current_mems_allowed();
5181 }
5182
5183 /*
5184  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5185  *
5186  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5187  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5188  */
5189 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5190 {
5191         unsigned long vm_total_pages;
5192
5193         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5194                 build_all_zonelists_init();
5195         } else {
5196                 __build_all_zonelists(pgdat);
5197                 /* cpuset refresh routine should be here */
5198         }
5199         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5200         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5201         /*
5202          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5203          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5204          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5205          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5206          * disabled and enable it later
5207          */
5208         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5209                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5210         else
5211                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5212
5213         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5214                 nr_online_nodes,
5215                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5216                 vm_total_pages);
5217 #ifdef CONFIG_NUMA
5218         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5219 #endif
5220 }
5221
5222 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5223 {
5224 #ifdef CONFIG_MMU
5225         int batch;
5226
5227         /*
5228          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5229          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5230          * size is striking a balance between allocation latency
5231          * and zone lock contention.
5232          */
5233         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5234         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5235         if (batch < 1)
5236                 batch = 1;
5237
5238         /*
5239          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5240          * of 2 value was found to be more likely to have
5241          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5242          *
5243          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5244          * batches of pages, one task can end up with a lot
5245          * of pages of one half of the possible page colors
5246          * and the other with pages of the other colors.
5247          */
5248         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5249
5250         return batch;
5251
5252 #else
5253         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5254          * conditions.
5255          *
5256          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5257          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5258          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5259          *
5260          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5261          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5262          * can be a significant delay between the individual batches being
5263          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5264          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5265          */
5266         return 0;
5267 #endif
5268 }
5269
5270 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5271 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
5272 {
5273 #ifdef CONFIG_MMU
5274         int high;
5275         int nr_split_cpus;
5276         unsigned long total_pages;
5277
5278         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
5279                 /*
5280                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5281                  * low watermark so that if they are full then background
5282                  * reclaim will not be started prematurely.
5283                  */
5284                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5285         } else {
5286                 /*
5287                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5288                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5289                  * zone.
5290                  */
5291                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
5292         }
5293
5294         /*
5295          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5296          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5297          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5298          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
5299          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5300          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5301          */
5302         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5303         if (!nr_split_cpus)
5304                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5305         high = total_pages / nr_split_cpus;
5306
5307         /*
5308          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5309          * historical relationship between high and batch.
5310          */
5311         high = max(high, batch << 2);
5312
5313         return high;
5314 #else
5315         return 0;
5316 #endif
5317 }
5318
5319 /*
5320  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5321  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5322  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5323  *
5324  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5325  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5326  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5327  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
5328  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
5329  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
5330  *
5331  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5332  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5333  * exist).
5334  */
5335 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5336                 unsigned long batch)
5337 {
5338         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5339         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
5340 }
5341
5342 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5343 {
5344         int pindex;
5345
5346         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5347         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5348
5349         spin_lock_init(&pcp->lock);
5350         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5351                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5352
5353         /*
5354          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5355          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5356          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5357          * pageset yet.
5358          */
5359         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
5360         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5361         pcp->free_factor = 0;
5362 }
5363
5364 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
5365                 unsigned long batch)
5366 {
5367         struct per_cpu_pages *pcp;
5368         int cpu;
5369
5370         for_each_possible_cpu(cpu) {
5371                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5372                 pageset_update(pcp, high, batch);
5373         }
5374 }
5375
5376 /*
5377  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5378  * zone based on the zone's size.
5379  */
5380 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5381 {
5382         int new_high, new_batch;
5383
5384         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5385         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
5386
5387         if (zone->pageset_high == new_high &&
5388             zone->pageset_batch == new_batch)
5389                 return;
5390
5391         zone->pageset_high = new_high;
5392         zone->pageset_batch = new_batch;
5393
5394         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
5395 }
5396
5397 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5398 {
5399         int cpu;
5400
5401         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5402         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5403                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5404
5405         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5406         for_each_possible_cpu(cpu) {
5407                 struct per_cpu_pages *pcp;
5408                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5409
5410                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5411                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5412                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5413         }
5414
5415         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5416 }
5417
5418 /*
5419  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5420  * page high values need to be recalculated.
5421  */
5422 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5423 {
5424         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5425         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5426         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5427 }
5428
5429 /*
5430  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5431  * Before this call only boot pagesets were available.
5432  */
5433 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5434 {
5435         struct pglist_data *pgdat;
5436         struct zone *zone;
5437         int __maybe_unused cpu;
5438
5439         for_each_populated_zone(zone)
5440                 setup_zone_pageset(zone);
5441
5442 #ifdef CONFIG_NUMA
5443         /*
5444          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5445          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5446          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5447          * the nodes these zones are associated with.
5448          */
5449         for_each_possible_cpu(cpu) {
5450                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5451                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5452                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5453         }
5454 #endif
5455
5456         for_each_online_pgdat(pgdat)
5457                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5458                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5459 }
5460
5461 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5462 {
5463         /*
5464          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5465          * relies on the ability of the linker to provide the
5466          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5467          */
5468         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5469         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5470         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
5471         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5472
5473         if (populated_zone(zone))
5474                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5475                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5476 }
5477
5478 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5479 {
5480         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5481         totalram_pages_add(count);
5482 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5483         if (PageHighMem(page))
5484                 totalhigh_pages_add(count);
5485 #endif
5486 }
5487 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5488
5489 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5490 {
5491         void *pos;
5492         unsigned long pages = 0;
5493
5494         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5495         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5496         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5497                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5498                 void *direct_map_addr;
5499
5500                 /*
5501                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5502                  * because some architectures' virt_to_page()
5503                  * work with aliases.  Getting the direct map
5504                  * address ensures that we get a _writeable_
5505                  * alias for the memset().
5506                  */
5507                 direct_map_addr = page_address(page);
5508                 /*
5509                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5510                  * has not been initialized.
5511                  */
5512                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5513                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5514                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5515
5516                 free_reserved_page(page);
5517         }
5518
5519         if (pages && s)
5520                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5521
5522         return pages;
5523 }
5524
5525 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5526 {
5527         struct zone *zone;
5528
5529         lru_add_drain_cpu(cpu);
5530         mlock_drain_remote(cpu);
5531         drain_pages(cpu);
5532
5533         /*
5534          * Spill the event counters of the dead processor
5535          * into the current processors event counters.
5536          * This artificially elevates the count of the current
5537          * processor.
5538          */
5539         vm_events_fold_cpu(cpu);
5540
5541         /*
5542          * Zero the differential counters of the dead processor
5543          * so that the vm statistics are consistent.
5544          *
5545          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5546          * race with what we are doing.
5547          */
5548         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5549
5550         for_each_populated_zone(zone)
5551                 zone_pcp_update(zone, 0);
5552
5553         return 0;
5554 }
5555
5556 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5557 {
5558         struct zone *zone;
5559
5560         for_each_populated_zone(zone)
5561                 zone_pcp_update(zone, 1);
5562         return 0;
5563 }
5564
5565 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5566 {
5567         int ret;
5568
5569         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5570                                         "mm/page_alloc:pcp",
5571                                         page_alloc_cpu_online,
5572                                         page_alloc_cpu_dead);
5573         WARN_ON(ret < 0);
5574 }
5575
5576 /*
5577  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5578  *      or min_free_kbytes changes.
5579  */
5580 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5581 {
5582         struct pglist_data *pgdat;
5583         unsigned long reserve_pages = 0;
5584         enum zone_type i, j;
5585
5586         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5587
5588                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5589
5590                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5591                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5592                         long max = 0;
5593                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5594
5595                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5596                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5597                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5598                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5599                         }
5600
5601                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5602                         max += high_wmark_pages(zone);
5603
5604                         if (max > managed_pages)
5605                                 max = managed_pages;
5606
5607                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5608
5609                         reserve_pages += max;
5610                 }
5611         }
5612         totalreserve_pages = reserve_pages;
5613 }
5614
5615 /*
5616  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5617  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5618  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5619  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5620  */
5621 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5622 {
5623         struct pglist_data *pgdat;
5624         enum zone_type i, j;
5625
5626         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5627                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5628                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5629                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5630                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5631                         unsigned long managed_pages = 0;
5632
5633                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5634                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5635
5636                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5637
5638                                 if (clear)
5639                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5640                                 else
5641                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5642                         }
5643                 }
5644         }
5645
5646         /* update totalreserve_pages */
5647         calculate_totalreserve_pages();
5648 }
5649
5650 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5651 {
5652         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5653         unsigned long lowmem_pages = 0;
5654         struct zone *zone;
5655         unsigned long flags;
5656
5657         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5658         for_each_zone(zone) {
5659                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5660                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5661         }
5662
5663         for_each_zone(zone) {
5664                 u64 tmp;
5665
5666                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5667                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5668                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5669                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5670                         /*
5671                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5672                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5673                          * to a small  value here.
5674                          *
5675                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5676                          * deltas control async page reclaim, and so should
5677                          * not be capped for highmem and movable zones.
5678                          */
5679                         unsigned long min_pages;
5680
5681                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5682                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5683                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5684                 } else {
5685                         /*
5686                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5687                          * proportionate to the zone's size.
5688                          */
5689                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5690                 }
5691
5692                 /*
5693                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5694                  * scale factor in proportion to available memory, but
5695                  * ensure a minimum size on small systems.
5696                  */
5697                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5698                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5699                                       watermark_scale_factor, 10000));
5700
5701                 zone->watermark_boost = 0;
5702                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5703                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5704                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5705
5706                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5707         }
5708
5709         /* update totalreserve_pages */
5710         calculate_totalreserve_pages();
5711 }
5712
5713 /**
5714  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5715  * or when memory is hot-{added|removed}
5716  *
5717  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5718  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5719  */
5720 void setup_per_zone_wmarks(void)
5721 {
5722         struct zone *zone;
5723         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5724
5725         spin_lock(&lock);
5726         __setup_per_zone_wmarks();
5727         spin_unlock(&lock);
5728
5729         /*
5730          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5731          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5732          */
5733         for_each_zone(zone)
5734                 zone_pcp_update(zone, 0);
5735 }
5736
5737 /*
5738  * Initialise min_free_kbytes.
5739  *
5740  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5741  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5742  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5743  *
5744  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5745  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5746  *
5747  * which yields
5748  *
5749  * 16MB:        512k
5750  * 32MB:        724k
5751  * 64MB:        1024k
5752  * 128MB:       1448k
5753  * 256MB:       2048k
5754  * 512MB:       2896k
5755  * 1024MB:      4096k
5756  * 2048MB:      5792k
5757  * 4096MB:      8192k
5758  * 8192MB:      11584k
5759  * 16384MB:     16384k
5760  */
5761 void calculate_min_free_kbytes(void)
5762 {
5763         unsigned long lowmem_kbytes;
5764         int new_min_free_kbytes;
5765
5766         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5767         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5768
5769         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5770                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5771         else
5772                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5773                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5774
5775 }
5776
5777 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5778 {
5779         calculate_min_free_kbytes();
5780         setup_per_zone_wmarks();
5781         refresh_zone_stat_thresholds();
5782         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5783
5784 #ifdef CONFIG_NUMA
5785         setup_min_unmapped_ratio();
5786         setup_min_slab_ratio();
5787 #endif
5788
5789         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5790
5791         return 0;
5792 }
5793 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5794
5795 /*
5796  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5797  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5798  *      changes.
5799  */
5800 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5801                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5802 {
5803         int rc;
5804
5805         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5806         if (rc)
5807                 return rc;
5808
5809         if (write) {
5810                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5811                 setup_per_zone_wmarks();
5812         }
5813         return 0;
5814 }
5815
5816 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5817                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5818 {
5819         int rc;
5820
5821         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5822         if (rc)
5823                 return rc;
5824
5825         if (write)
5826                 setup_per_zone_wmarks();
5827
5828         return 0;
5829 }
5830
5831 #ifdef CONFIG_NUMA
5832 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
5833 {
5834         pg_data_t *pgdat;
5835         struct zone *zone;
5836
5837         for_each_online_pgdat(pgdat)
5838                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
5839
5840         for_each_zone(zone)
5841                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
5842                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5843 }
5844
5845
5846 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5847                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5848 {
5849         int rc;
5850
5851         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5852         if (rc)
5853                 return rc;
5854
5855         setup_min_unmapped_ratio();
5856
5857         return 0;
5858 }
5859
5860 static void setup_min_slab_ratio(void)
5861 {
5862         pg_data_t *pgdat;
5863         struct zone *zone;
5864
5865         for_each_online_pgdat(pgdat)
5866                 pgdat->min_slab_pages = 0;
5867
5868         for_each_zone(zone)
5869                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
5870                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5871 }
5872
5873 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5874                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5875 {
5876         int rc;
5877
5878         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5879         if (rc)
5880                 return rc;
5881
5882         setup_min_slab_ratio();
5883
5884         return 0;
5885 }
5886 #endif
5887
5888 /*
5889  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5890  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5891  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5892  *
5893  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5894  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5895  * if in function of the boot time zone sizes.
5896  */
5897 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
5898                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5899 {
5900         int i;
5901
5902         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5903
5904         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5905                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
5906                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
5907         }
5908
5909         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5910         return 0;
5911 }
5912
5913 /*
5914  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5915  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5916  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5917  */
5918 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
5919                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5920 {
5921         struct zone *zone;
5922         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
5923         int ret;
5924
5925         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5926         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
5927
5928         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5929         if (!write || ret < 0)
5930                 goto out;
5931
5932         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5933         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
5934             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
5935                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
5936                 ret = -EINVAL;
5937                 goto out;
5938         }
5939
5940         /* No change? */
5941         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
5942                 goto out;
5943
5944         for_each_populated_zone(zone)
5945                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5946 out:
5947         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5948         return ret;
5949 }
5950
5951 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
5952         {
5953                 .procname       = "min_free_kbytes",
5954                 .data           = &min_free_kbytes,
5955                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
5956                 .mode           = 0644,
5957                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
5958                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
5959         },
5960         {
5961                 .procname       = "watermark_boost_factor",
5962                 .data           = &watermark_boost_factor,
5963                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
5964                 .mode           = 0644,
5965                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
5966                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
5967         },
5968         {
5969                 .procname       = "watermark_scale_factor",
5970                 .data           = &watermark_scale_factor,
5971                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
5972                 .mode           = 0644,
5973                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
5974                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
5975                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
5976         },
5977         {
5978                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
5979                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
5980                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
5981                 .mode           = 0644,
5982                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
5983                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
5984         },
5985         {
5986                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
5987                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
5988                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
5989                 .mode           = 0644,
5990                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
5991         },
5992 #ifdef CONFIG_NUMA
5993         {
5994                 .procname       = "numa_zonelist_order",
5995                 .data           = &numa_zonelist_order,
5996                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
5997                 .mode           = 0644,
5998                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
5999         },
6000         {
6001                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6002                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6003                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6004                 .mode           = 0644,
6005                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6006                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6007                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6008         },
6009         {
6010                 .procname       = "min_slab_ratio",
6011                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6012                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6013                 .mode           = 0644,
6014                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6015                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6016                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6017         },
6018 #endif
6019         {}
6020 };
6021
6022 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6023 {
6024         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6025 }
6026
6027 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6028 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6029 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6030 {
6031         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6032
6033         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6034                 struct page *page;
6035
6036                 dump_stack();
6037                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6038                         dump_page(page, "migration failure");
6039         }
6040 }
6041
6042 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6043 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6044                                         unsigned long start, unsigned long end)
6045 {
6046         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6047         unsigned int nr_reclaimed;
6048         unsigned long pfn = start;
6049         unsigned int tries = 0;
6050         int ret = 0;
6051         struct migration_target_control mtc = {
6052                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6053                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6054         };
6055
6056         lru_cache_disable();
6057
6058         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6059                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6060                         ret = -EINTR;
6061                         break;
6062                 }
6063
6064                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6065                         cc->nr_migratepages = 0;
6066                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6067                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6068                                 break;
6069                         pfn = cc->migrate_pfn;
6070                         tries = 0;
6071                 } else if (++tries == 5) {
6072                         ret = -EBUSY;
6073                         break;
6074                 }
6075
6076                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6077                                                         &cc->migratepages);
6078                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6079
6080                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6081                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6082
6083                 /*
6084                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6085                  * to retry again over this error, so do the same here.
6086                  */
6087                 if (ret == -ENOMEM)
6088                         break;
6089         }
6090
6091         lru_cache_enable();
6092         if (ret < 0) {
6093                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6094                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6095                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6096                 return ret;
6097         }
6098         return 0;
6099 }
6100
6101 /**
6102  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6103  * @start:      start PFN to allocate
6104  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6105  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6106  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6107  *                      in range must have the same migratetype and it must
6108  *                      be either of the two.
6109  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6110  *
6111  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6112  * belong to a single zone.
6113  *
6114  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6115  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6116  * be modified by others.
6117  *
6118  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6119  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6120  * need to be freed with free_contig_range().
6121  */
6122 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6123                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6124 {
6125         unsigned long outer_start, outer_end;
6126         int order;
6127         int ret = 0;
6128
6129         struct compact_control cc = {
6130                 .nr_migratepages = 0,
6131                 .order = -1,
6132                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6133                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6134                 .ignore_skip_hint = true,
6135                 .no_set_skip_hint = true,
6136                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6137                 .alloc_contig = true,
6138         };
6139         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6140
6141         /*
6142          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6143          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6144          * have different sizes, and due to the way page allocator
6145          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6146          *
6147          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6148          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6149          * we are interested in). This will put all the pages in
6150          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6151          *
6152          * When this is done, we take the pages in range from page
6153          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6154          * page allocator will never consider using them.
6155          *
6156          * This lets us mark the pageblocks back as
6157          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6158          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6159          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6160          */
6161
6162         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6163         if (ret)
6164                 goto done;
6165
6166         drain_all_pages(cc.zone);
6167
6168         /*
6169          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6170          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6171          * which will report the busy page.
6172          *
6173          * It is possible that busy pages could become available before
6174          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6175          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6176          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6177          */
6178         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6179         if (ret && ret != -EBUSY)
6180                 goto done;
6181         ret = 0;
6182
6183         /*
6184          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6185          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6186          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6187          * What we are going to do is to allocate all pages from
6188          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6189          *
6190          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6191          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6192          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6193          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6194          * once this is done free the pages we are not interested in.
6195          *
6196          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6197          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6198          */
6199
6200         order = 0;
6201         outer_start = start;
6202         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6203                 if (++order > MAX_ORDER) {
6204                         outer_start = start;
6205                         break;
6206                 }
6207                 outer_start &= ~0UL << order;
6208         }
6209
6210         if (outer_start != start) {
6211                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6212
6213                 /*
6214                  * outer_start page could be small order buddy page and
6215                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6216                  * in this case to report failed page properly
6217                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6218                  */
6219                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6220                         outer_start = start;
6221         }
6222
6223         /* Make sure the range is really isolated. */
6224         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6225                 ret = -EBUSY;
6226                 goto done;
6227         }
6228
6229         /* Grab isolated pages from freelists. */
6230         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6231         if (!outer_end) {
6232                 ret = -EBUSY;
6233                 goto done;
6234         }
6235
6236         /* Free head and tail (if any) */
6237         if (start != outer_start)
6238                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6239         if (end != outer_end)
6240                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6241
6242 done:
6243         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6244         return ret;
6245 }
6246 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6247
6248 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6249                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6250 {
6251         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6252
6253         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6254                                   gfp_mask);
6255 }
6256
6257 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6258                                    unsigned long nr_pages)
6259 {
6260         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6261         struct page *page;
6262
6263         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6264                 page = pfn_to_online_page(i);
6265                 if (!page)
6266                         return false;
6267
6268                 if (page_zone(page) != z)
6269                         return false;
6270
6271                 if (PageReserved(page))
6272                         return false;
6273
6274                 if (PageHuge(page))
6275                         return false;
6276         }
6277         return true;
6278 }
6279
6280 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6281                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6282 {
6283         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6284
6285         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6286 }
6287
6288 /**
6289  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6290  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6291  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6292  * @nid:        Target node
6293  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6294  *
6295  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6296  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6297  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6298  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6299  *
6300  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6301  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6302  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6303  *
6304  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6305  * __free_page() on each allocated page.
6306  *
6307  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6308  */
6309 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6310                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6311 {
6312         unsigned long ret, pfn, flags;
6313         struct zonelist *zonelist;
6314         struct zone *zone;
6315         struct zoneref *z;
6316
6317         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6318         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6319                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6320                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6321
6322                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6323                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6324                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6325                                 /*
6326                                  * We release the zone lock here because
6327                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6328                                  * at some point. If there's an allocation
6329                                  * spinning on this lock, it may win the race
6330                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6331                                  */
6332                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6333                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6334                                                         gfp_mask);
6335                                 if (!ret)
6336                                         return pfn_to_page(pfn);
6337                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6338                         }
6339                         pfn += nr_pages;
6340                 }
6341                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6342         }
6343         return NULL;
6344 }
6345 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6346
6347 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6348 {
6349         unsigned long count = 0;
6350
6351         for (; nr_pages--; pfn++) {
6352                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6353
6354                 count += page_count(page) != 1;
6355                 __free_page(page);
6356         }
6357         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6358 }
6359 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6360
6361 /*
6362  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6363  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6364  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6365  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6366  *
6367  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6368  */
6369 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6370 {
6371         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6372         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
6373         __drain_all_pages(zone, true);
6374 }
6375
6376 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6377 {
6378         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
6379         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6380 }
6381
6382 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6383 {
6384         int cpu;
6385         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6386
6387         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6388                 for_each_online_cpu(cpu) {
6389                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6390                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6391                 }
6392                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6393                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6394                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6395                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6396                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6397                 }
6398         }
6399 }
6400
6401 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6402 /*
6403  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6404  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6405  */
6406 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6407 {
6408         unsigned long pfn = start_pfn;
6409         struct page *page;
6410         struct zone *zone;
6411         unsigned int order;
6412         unsigned long flags;
6413
6414         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6415         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6416         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6417         while (pfn < end_pfn) {
6418                 page = pfn_to_page(pfn);
6419                 /*
6420                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6421                  * page_count() is not 0.
6422                  */
6423                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6424                         pfn++;
6425                         continue;
6426                 }
6427                 /*
6428                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6429                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6430                  */
6431                 if (PageOffline(page)) {
6432                         BUG_ON(page_count(page));
6433                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6434                         pfn++;
6435                         continue;
6436                 }
6437
6438                 BUG_ON(page_count(page));
6439                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6440                 order = buddy_order(page);
6441                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6442                 pfn += (1 << order);
6443         }
6444         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6445 }
6446 #endif
6447
6448 /*
6449  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6450  */
6451 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6452 {
6453         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6454         unsigned int order;
6455
6456         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6457                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6458
6459                 if (PageBuddy(page_head) &&
6460                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6461                         break;
6462         }
6463
6464         return order <= MAX_ORDER;
6465 }
6466 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6467
6468 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6469 /*
6470  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6471  * buddy allocator.
6472  */
6473 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6474                                    struct page *target, int low, int high,
6475                                    int migratetype)
6476 {
6477         unsigned long size = 1 << high;
6478         struct page *current_buddy, *next_page;
6479
6480         while (high > low) {
6481                 high--;
6482                 size >>= 1;
6483
6484                 if (target >= &page[size]) {
6485                         next_page = page + size;
6486                         current_buddy = page;
6487                 } else {
6488                         next_page = page;
6489                         current_buddy = page + size;
6490                 }
6491
6492                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6493                         continue;
6494
6495                 if (current_buddy != target) {
6496                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6497                         set_buddy_order(current_buddy, high);
6498                         page = next_page;
6499                 }
6500         }
6501 }
6502
6503 /*
6504  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6505  */
6506 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6507 {
6508         struct zone *zone = page_zone(page);
6509         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6510         unsigned long flags;
6511         unsigned int order;
6512         bool ret = false;
6513
6514         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6515         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6516                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6517                 int page_order = buddy_order(page_head);
6518
6519                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6520                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6521                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6522                                                                    pfn_head);
6523
6524                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6525                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6526                                                 page_order, migratetype);
6527                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6528                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6529                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6530                         ret = true;
6531                         break;
6532                 }
6533                 if (page_count(page_head) > 0)
6534                         break;
6535         }
6536         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6537         return ret;
6538 }
6539
6540 /*
6541  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6542  */
6543 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6544 {
6545         struct zone *zone = page_zone(page);
6546         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6547         unsigned long flags;
6548         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6549         bool ret = false;
6550
6551         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6552         if (put_page_testzero(page)) {
6553                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6554                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6555                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6556                         ret = true;
6557                 }
6558         }
6559         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6560
6561         return ret;
6562 }
6563 #endif
6564
6565 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6566 bool has_managed_dma(void)
6567 {
6568         struct pglist_data *pgdat;
6569
6570         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6571                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6572
6573                 if (managed_zone(zone))
6574                         return true;
6575         }
6576         return false;
6577 }
6578 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6579
6580 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6581
6582 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6583 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6584
6585 static bool lazy_accept = true;
6586
6587 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6588 {
6589         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6590                 lazy_accept = true;
6591                 return 0;
6592         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6593                 lazy_accept = false;
6594                 return 0;
6595         } else {
6596                 return -EINVAL;
6597         }
6598 }
6599 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6600
6601 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6602 {
6603         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6604         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6605
6606         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6607 }
6608
6609 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6610 {
6611         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6612
6613         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6614 }
6615
6616 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6617 {
6618         unsigned long flags;
6619         struct page *page;
6620         bool last;
6621
6622         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6623                 return false;
6624
6625         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6626         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6627                                         struct page, lru);
6628         if (!page) {
6629                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6630                 return false;
6631         }
6632
6633         list_del(&page->lru);
6634         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6635
6636         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6637         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6638         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6639
6640         accept_page(page, MAX_ORDER);
6641
6642         __free_pages_ok(page, MAX_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6643
6644         if (last)
6645                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6646
6647         return true;
6648 }
6649
6650 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6651 {
6652         long to_accept;
6653         int ret = false;
6654
6655         /* How much to accept to get to high watermark? */
6656         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6657                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6658                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6659
6660         /* Accept at least one page */
6661         do {
6662                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6663                         break;
6664                 ret = true;
6665                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6666         } while (to_accept > 0);
6667
6668         return ret;
6669 }
6670
6671 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6672 {
6673         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6674 }
6675
6676 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6677 {
6678         struct zone *zone = page_zone(page);
6679         unsigned long flags;
6680         bool first = false;
6681
6682         if (!lazy_accept)
6683                 return false;
6684
6685         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6686         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6687         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6688         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6689         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6690         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6691
6692         if (first)
6693                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6694
6695         return true;
6696 }
6697
6698 #else
6699
6700 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6701 {
6702         return false;
6703 }
6704
6705 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6706 {
6707 }
6708
6709 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6710 {
6711         return false;
6712 }
6713
6714 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6715 {
6716         return false;
6717 }
6718
6719 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6720 {
6721         BUILD_BUG();
6722         return false;
6723 }
6724
6725 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */