OSDN Git Service

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