Merge tag 'mm-stable-2024-05-17-19-19' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel...
[linux-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/pagevec.h>
36 #include <linux/memory_hotplug.h>
37 #include <linux/nodemask.h>
38 #include <linux/vmstat.h>
39 #include <linux/fault-inject.h>
40 #include <linux/compaction.h>
41 #include <trace/events/kmem.h>
42 #include <trace/events/oom.h>
43 #include <linux/prefetch.h>
44 #include <linux/mm_inline.h>
45 #include <linux/mmu_notifier.h>
46 #include <linux/migrate.h>
47 #include <linux/sched/mm.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/page_table_check.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/ftrace.h>
52 #include <linux/lockdep.h>
53 #include <linux/psi.h>
54 #include <linux/khugepaged.h>
55 #include <linux/delayacct.h>
56 #include <linux/cacheinfo.h>
57 #include <linux/pgalloc_tag.h>
58 #include <asm/div64.h>
59 #include "internal.h"
60 #include "shuffle.h"
61 #include "page_reporting.h"
62
63 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
64 typedef int __bitwise fpi_t;
65
66 /* No special request */
67 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
68
69 /*
70  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
71  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
72  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
73  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
74  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
75  * putting it back unmodified.
76  */
77 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
78
79 /*
80  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
81  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
82  * shuffle the whole zone).
83  *
84  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
85  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
86  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
87  *       reporting).
88  */
89 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
90
91 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
92 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
93 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
94
95 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
96 /*
97  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
98  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
99  */
100 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
101 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
102 #else
103
104 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
105 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
106 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
107 #endif
108
109 /*
110  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
111  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
112  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
113  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
114  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
115  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
116  */
117 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
118 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
119 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
120 #else
121 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
122 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
123 #endif
124
125 /*
126  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
127  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
128  */
129 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
130 ({                                                                      \
131         type *_ret;                                                     \
132         pcpu_task_pin();                                                \
133         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
134         spin_lock(&_ret->member);                                       \
135         _ret;                                                           \
136 })
137
138 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
139 ({                                                                      \
140         type *_ret;                                                     \
141         pcpu_task_pin();                                                \
142         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
143         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
144                 pcpu_task_unpin();                                      \
145                 _ret = NULL;                                            \
146         }                                                               \
147         _ret;                                                           \
148 })
149
150 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
151 ({                                                                      \
152         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
153         pcpu_task_unpin();                                              \
154 })
155
156 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
157 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
158         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
159
160 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
161         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
162
163 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
164         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
165
166 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
167 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
168 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
169 #endif
170
171 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
172
173 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
174 /*
175  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
176  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
177  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
178  * defined in <linux/topology.h>.
179  */
180 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
181 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
182 #endif
183
184 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
185
186 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
187 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
188 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
189 #endif
190
191 /*
192  * Array of node states.
193  */
194 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
195         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
196         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
197 #ifndef CONFIG_NUMA
198         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
199 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
200         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
201 #endif
202         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
203         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
204 #endif  /* NUMA */
205 };
206 EXPORT_SYMBOL(node_states);
207
208 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
209
210 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
211 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
212 #endif
213
214 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
215                             fpi_t fpi_flags);
216
217 /*
218  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
219  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
220  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
221  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
222  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
223  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
224  *
225  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
226  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
227  */
228 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
229 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
230         [ZONE_DMA] = 256,
231 #endif
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
233         [ZONE_DMA32] = 256,
234 #endif
235         [ZONE_NORMAL] = 32,
236 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
237         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
238 #endif
239         [ZONE_MOVABLE] = 0,
240 };
241
242 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
243 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
244          "DMA",
245 #endif
246 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
247          "DMA32",
248 #endif
249          "Normal",
250 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
251          "HighMem",
252 #endif
253          "Movable",
254 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
255          "Device",
256 #endif
257 };
258
259 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
260         "Unmovable",
261         "Movable",
262         "Reclaimable",
263         "HighAtomic",
264 #ifdef CONFIG_CMA
265         "CMA",
266 #endif
267 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
268         "Isolate",
269 #endif
270 };
271
272 int min_free_kbytes = 1024;
273 int user_min_free_kbytes = -1;
274 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
275 static int watermark_scale_factor = 10;
276
277 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
278 int movable_zone;
279 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
280
281 #if MAX_NUMNODES > 1
282 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
283 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
284 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
285 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
286 #endif
287
288 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
289 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
290 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
291 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
292 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
293
294 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
295
296 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
297 /*
298  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
299  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
300  * and we can permanently disable that path.
301  */
302 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
303
304 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
305 {
306         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
307 }
308
309 /*
310  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
311  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
312  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
313  * and to ensure that the function body gets unloaded.
314  */
315 static bool __ref
316 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
317 {
318         return deferred_grow_zone(zone, order);
319 }
320 #else
321 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
322 {
323         return false;
324 }
325 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
326
327 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
328 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
329                                                         unsigned long pfn)
330 {
331 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
332         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
333 #else
334         return page_zone(page)->pageblock_flags;
335 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
336 }
337
338 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
339 {
340 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
341         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
342 #else
343         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
344 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
345         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
346 }
347
348 /**
349  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
350  * @page: The page within the block of interest
351  * @pfn: The target page frame number
352  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
353  *
354  * Return: pageblock_bits flags
355  */
356 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
357                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
358 {
359         unsigned long *bitmap;
360         unsigned long bitidx, word_bitidx;
361         unsigned long word;
362
363         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
364         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
365         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
366         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
367         /*
368          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
369          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
370          * racy, are not corrupted.
371          */
372         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
373         return (word >> bitidx) & mask;
374 }
375
376 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
377                                         unsigned long pfn)
378 {
379         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
380 }
381
382 /**
383  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
384  * @page: The page within the block of interest
385  * @flags: The flags to set
386  * @pfn: The target page frame number
387  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
388  */
389 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
390                                         unsigned long pfn,
391                                         unsigned long mask)
392 {
393         unsigned long *bitmap;
394         unsigned long bitidx, word_bitidx;
395         unsigned long word;
396
397         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
398         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
399
400         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
401         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
402         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
403         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
404
405         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
406
407         mask <<= bitidx;
408         flags <<= bitidx;
409
410         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
411         do {
412         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
413 }
414
415 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
416 {
417         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
418                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
419                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
420
421         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
422                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
423 }
424
425 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
426 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
427 {
428         int ret;
429         unsigned seq;
430         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
431         unsigned long sp, start_pfn;
432
433         do {
434                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
435                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
436                 sp = zone->spanned_pages;
437                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
438         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
439
440         if (ret)
441                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
442                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
443                         start_pfn, start_pfn + sp);
444
445         return ret;
446 }
447
448 /*
449  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
450  */
451 static bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
452 {
453         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
454                 return true;
455         if (zone != page_zone(page))
456                 return true;
457
458         return false;
459 }
460 #else
461 static inline bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
462 {
463         return false;
464 }
465 #endif
466
467 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
468 {
469         static unsigned long resume;
470         static unsigned long nr_shown;
471         static unsigned long nr_unshown;
472
473         /*
474          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
475          * or allow a steady drip of one report per second.
476          */
477         if (nr_shown == 60) {
478                 if (time_before(jiffies, resume)) {
479                         nr_unshown++;
480                         goto out;
481                 }
482                 if (nr_unshown) {
483                         pr_alert(
484                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
485                                 nr_unshown);
486                         nr_unshown = 0;
487                 }
488                 nr_shown = 0;
489         }
490         if (nr_shown++ == 0)
491                 resume = jiffies + 60 * HZ;
492
493         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
494                 current->comm, page_to_pfn(page));
495         dump_page(page, reason);
496
497         print_modules();
498         dump_stack();
499 out:
500         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
501         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
502         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
503 }
504
505 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
506 {
507 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
508         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
509                 VM_BUG_ON(order != HPAGE_PMD_ORDER);
510                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
511         }
512 #else
513         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
514 #endif
515
516         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
517 }
518
519 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
520 {
521         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
522
523 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
524         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
525                 order = HPAGE_PMD_ORDER;
526 #else
527         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
528 #endif
529
530         return order;
531 }
532
533 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
534 {
535         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
536                 return true;
537 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
538         if (order == HPAGE_PMD_ORDER)
539                 return true;
540 #endif
541         return false;
542 }
543
544 /*
545  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
546  *
547  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
548  *
549  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
550  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
551  *
552  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
553  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
554  */
555
556 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
557 {
558         int i;
559         int nr_pages = 1 << order;
560
561         __SetPageHead(page);
562         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
563                 prep_compound_tail(page, i);
564
565         prep_compound_head(page, order);
566 }
567
568 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
569 {
570         set_page_private(page, order);
571         __SetPageBuddy(page);
572 }
573
574 #ifdef CONFIG_COMPACTION
575 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
576 {
577         struct capture_control *capc = current->capture_control;
578
579         return unlikely(capc) &&
580                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
581                 !capc->page &&
582                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
583 }
584
585 static inline bool
586 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
587                    int order, int migratetype)
588 {
589         if (!capc || order != capc->cc->order)
590                 return false;
591
592         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
593         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
594             is_migrate_isolate(migratetype))
595                 return false;
596
597         /*
598          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock
599          * unless compaction is also requesting movable pages.
600          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
601          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
602          * have trouble finding a high-order free page.
603          */
604         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
605             capc->cc->migratetype != MIGRATE_MOVABLE)
606                 return false;
607
608         capc->page = page;
609         return true;
610 }
611
612 #else
613 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
614 {
615         return NULL;
616 }
617
618 static inline bool
619 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
620                    int order, int migratetype)
621 {
622         return false;
623 }
624 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
625
626 static inline void account_freepages(struct zone *zone, int nr_pages,
627                                      int migratetype)
628 {
629         if (is_migrate_isolate(migratetype))
630                 return;
631
632         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, nr_pages);
633
634         if (is_migrate_cma(migratetype))
635                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, nr_pages);
636 }
637
638 /* Used for pages not on another list */
639 static inline void __add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
640                                       unsigned int order, int migratetype,
641                                       bool tail)
642 {
643         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
644
645         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
646                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
647                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
648
649         if (tail)
650                 list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
651         else
652                 list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
653         area->nr_free++;
654 }
655
656 /*
657  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
658  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
659  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
660  */
661 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
662                                      unsigned int order, int old_mt, int new_mt)
663 {
664         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
665
666         /* Free page moving can fail, so it happens before the type update */
667         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != old_mt,
668                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
669                      get_pageblock_migratetype(page), old_mt, 1 << order);
670
671         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[new_mt]);
672
673         account_freepages(zone, -(1 << order), old_mt);
674         account_freepages(zone, 1 << order, new_mt);
675 }
676
677 static inline void __del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
678                                              unsigned int order, int migratetype)
679 {
680         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
681                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
682                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
683
684         /* clear reported state and update reported page count */
685         if (page_reported(page))
686                 __ClearPageReported(page);
687
688         list_del(&page->buddy_list);
689         __ClearPageBuddy(page);
690         set_page_private(page, 0);
691         zone->free_area[order].nr_free--;
692 }
693
694 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
695                                            unsigned int order, int migratetype)
696 {
697         __del_page_from_free_list(page, zone, order, migratetype);
698         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
699 }
700
701 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
702                                             int migratetype)
703 {
704         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
705                                         struct page, buddy_list);
706 }
707
708 /*
709  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
710  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
711  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
712  * that is happening, add the free page to the tail of the list
713  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
714  * as a higher order page
715  */
716 static inline bool
717 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
718                    struct page *page, unsigned int order)
719 {
720         unsigned long higher_page_pfn;
721         struct page *higher_page;
722
723         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
724                 return false;
725
726         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
727         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
728
729         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
730                         NULL) != NULL;
731 }
732
733 /*
734  * Freeing function for a buddy system allocator.
735  *
736  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
737  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
738  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
739  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
740  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
741  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
742  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
743  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
744  * parts of the VM system.
745  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
746  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
747  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
748  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
749  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
750  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
751  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
752  * triggers coalescing into a block of larger size.
753  *
754  * -- nyc
755  */
756
757 static inline void __free_one_page(struct page *page,
758                 unsigned long pfn,
759                 struct zone *zone, unsigned int order,
760                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
761 {
762         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
763         unsigned long buddy_pfn = 0;
764         unsigned long combined_pfn;
765         struct page *buddy;
766         bool to_tail;
767
768         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
769         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
770
771         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
772         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
773         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
774
775         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
776
777         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
778                 int buddy_mt = migratetype;
779
780                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
781                         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
782                         return;
783                 }
784
785                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
786                 if (!buddy)
787                         goto done_merging;
788
789                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
790                         /*
791                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
792                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
793                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
794                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
795                          */
796                         buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
797
798                         if (migratetype != buddy_mt &&
799                             (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
800                              !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
801                                 goto done_merging;
802                 }
803
804                 /*
805                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
806                  * merge with it and move up one order.
807                  */
808                 if (page_is_guard(buddy))
809                         clear_page_guard(zone, buddy, order);
810                 else
811                         __del_page_from_free_list(buddy, zone, order, buddy_mt);
812
813                 if (unlikely(buddy_mt != migratetype)) {
814                         /*
815                          * Match buddy type. This ensures that an
816                          * expand() down the line puts the sub-blocks
817                          * on the right freelists.
818                          */
819                         set_pageblock_migratetype(buddy, migratetype);
820                 }
821
822                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
823                 page = page + (combined_pfn - pfn);
824                 pfn = combined_pfn;
825                 order++;
826         }
827
828 done_merging:
829         set_buddy_order(page, order);
830
831         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
832                 to_tail = true;
833         else if (is_shuffle_order(order))
834                 to_tail = shuffle_pick_tail();
835         else
836                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
837
838         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, to_tail);
839
840         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
841         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
842                 page_reporting_notify_free(order);
843 }
844
845 /*
846  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
847  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
848  * check if necessary.
849  */
850 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
851                                         unsigned long check_flags)
852 {
853         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
854                 return false;
855
856         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
857                         page_ref_count(page) |
858 #ifdef CONFIG_MEMCG
859                         page->memcg_data |
860 #endif
861 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
862                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
863 #endif
864                         (page->flags & check_flags)))
865                 return false;
866
867         return true;
868 }
869
870 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
871 {
872         const char *bad_reason = NULL;
873
874         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
875                 bad_reason = "nonzero mapcount";
876         if (unlikely(page->mapping != NULL))
877                 bad_reason = "non-NULL mapping";
878         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
879                 bad_reason = "nonzero _refcount";
880         if (unlikely(page->flags & flags)) {
881                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
882                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
883                 else
884                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
885         }
886 #ifdef CONFIG_MEMCG
887         if (unlikely(page->memcg_data))
888                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
889 #endif
890 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
891         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
892                 bad_reason = "page_pool leak";
893 #endif
894         return bad_reason;
895 }
896
897 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
898 {
899         bad_page(page,
900                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
901 }
902
903 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
904 {
905         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
906                 return false;
907
908         /* Something has gone sideways, find it */
909         free_page_is_bad_report(page);
910         return true;
911 }
912
913 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
914 {
915         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
916 }
917
918 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
919 {
920         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
921         int ret = 1;
922
923         /*
924          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
925          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
926          */
927         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
928
929         if (!is_check_pages_enabled()) {
930                 ret = 0;
931                 goto out;
932         }
933         switch (page - head_page) {
934         case 1:
935                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
936                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
937                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
938                         goto out;
939                 }
940                 if (unlikely(folio_large_mapcount(folio))) {
941                         bad_page(page, "nonzero large_mapcount");
942                         goto out;
943                 }
944                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
945                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
946                         goto out;
947                 }
948                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
949                         bad_page(page, "nonzero pincount");
950                         goto out;
951                 }
952                 break;
953         case 2:
954                 /* the second tail page: deferred_list overlaps ->mapping */
955                 if (unlikely(!list_empty(&folio->_deferred_list))) {
956                         bad_page(page, "on deferred list");
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         default:
961                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
962                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
963                         goto out;
964                 }
965                 break;
966         }
967         if (unlikely(!PageTail(page))) {
968                 bad_page(page, "PageTail not set");
969                 goto out;
970         }
971         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
972                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
973                 goto out;
974         }
975         ret = 0;
976 out:
977         page->mapping = NULL;
978         clear_compound_head(page);
979         return ret;
980 }
981
982 /*
983  * Skip KASAN memory poisoning when either:
984  *
985  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
986  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
987  *    using page tags instead (see below).
988  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
989  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
990  *
991  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
992  *
993  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
994  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
995  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
996  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
997  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
998  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
999  *
1000  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1001  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1002  * initialization is done with interrupt disabled.
1003  *
1004  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1005  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1006  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1007  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1008  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1009  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1010  */
1011 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1012 {
1013         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1014                 return deferred_pages_enabled();
1015
1016         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1017 }
1018
1019 void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1020 {
1021         int i;
1022
1023         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1024         kasan_disable_current();
1025         for (i = 0; i < numpages; i++)
1026                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1027         kasan_enable_current();
1028 }
1029
1030 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1031                         unsigned int order)
1032 {
1033         int bad = 0;
1034         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1035         bool init = want_init_on_free();
1036         bool compound = PageCompound(page);
1037
1038         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1039
1040         trace_mm_page_free(page, order);
1041         kmsan_free_page(page, order);
1042
1043         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1044                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1045
1046         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1047                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1048                 reset_page_owner(page, order);
1049                 page_table_check_free(page, order);
1050                 pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1051                 return false;
1052         }
1053
1054         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1055
1056         /*
1057          * Check tail pages before head page information is cleared to
1058          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1059          */
1060         if (unlikely(order)) {
1061                 int i;
1062
1063                 if (compound)
1064                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1065                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1066                         if (compound)
1067                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1068                         if (is_check_pages_enabled()) {
1069                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1070                                         bad++;
1071                                         continue;
1072                                 }
1073                         }
1074                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1075                 }
1076         }
1077         if (PageMappingFlags(page))
1078                 page->mapping = NULL;
1079         if (is_check_pages_enabled()) {
1080                 if (free_page_is_bad(page))
1081                         bad++;
1082                 if (bad)
1083                         return false;
1084         }
1085
1086         page_cpupid_reset_last(page);
1087         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1088         reset_page_owner(page, order);
1089         page_table_check_free(page, order);
1090         pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1091
1092         if (!PageHighMem(page)) {
1093                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1094                                            PAGE_SIZE << order);
1095                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1096                                            PAGE_SIZE << order);
1097         }
1098
1099         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1100
1101         /*
1102          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1103          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1104          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1105          *
1106          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1107          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1108          */
1109         if (!skip_kasan_poison) {
1110                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1111
1112                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1113                 if (kasan_has_integrated_init())
1114                         init = false;
1115         }
1116         if (init)
1117                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1118
1119         /*
1120          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1121          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1122          * happen after this.
1123          */
1124         arch_free_page(page, order);
1125
1126         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1127
1128         return true;
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Frees a number of pages from the PCP lists
1133  * Assumes all pages on list are in same zone.
1134  * count is the number of pages to free.
1135  */
1136 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1137                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1138                                         int pindex)
1139 {
1140         unsigned long flags;
1141         unsigned int order;
1142         struct page *page;
1143
1144         /*
1145          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1146          * below while (list_empty(list)) loop.
1147          */
1148         count = min(pcp->count, count);
1149
1150         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1151         pindex = pindex - 1;
1152
1153         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1154
1155         while (count > 0) {
1156                 struct list_head *list;
1157                 int nr_pages;
1158
1159                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1160                 do {
1161                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1162                                 pindex = 0;
1163                         list = &pcp->lists[pindex];
1164                 } while (list_empty(list));
1165
1166                 order = pindex_to_order(pindex);
1167                 nr_pages = 1 << order;
1168                 do {
1169                         unsigned long pfn;
1170                         int mt;
1171
1172                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1173                         pfn = page_to_pfn(page);
1174                         mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1175
1176                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1177                         list_del(&page->pcp_list);
1178                         count -= nr_pages;
1179                         pcp->count -= nr_pages;
1180
1181                         __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, FPI_NONE);
1182                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1183                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1184         }
1185
1186         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1187 }
1188
1189 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page,
1190                           unsigned long pfn, unsigned int order,
1191                           fpi_t fpi_flags)
1192 {
1193         unsigned long flags;
1194         int migratetype;
1195
1196         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1197         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1198         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1199         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1200 }
1201
1202 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1203                             fpi_t fpi_flags)
1204 {
1205         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1206         struct zone *zone = page_zone(page);
1207
1208         if (!free_pages_prepare(page, order))
1209                 return;
1210
1211         free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1212
1213         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1214 }
1215
1216 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1217 {
1218         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1219         struct page *p = page;
1220         unsigned int loop;
1221
1222         /*
1223          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1224          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1225          * refcount of all involved pages to 0.
1226          */
1227         prefetchw(p);
1228         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1229                 prefetchw(p + 1);
1230                 __ClearPageReserved(p);
1231                 set_page_count(p, 0);
1232         }
1233         __ClearPageReserved(p);
1234         set_page_count(p, 0);
1235
1236         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1237
1238         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1239                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1240                         return;
1241
1242                 accept_page(page, order);
1243         }
1244
1245         /*
1246          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1247          * relevant for memory onlining.
1248          */
1249         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1250 }
1251
1252 /*
1253  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1254  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1255  * with the migration of free compaction scanner.
1256  *
1257  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1258  *
1259  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1260  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1261  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1262  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1263  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1264  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1265  * page in a pageblock.
1266  *
1267  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1268  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1269  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1270  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1271  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1272  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1273  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1274  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1275  */
1276 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1277                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1278 {
1279         struct page *start_page;
1280         struct page *end_page;
1281
1282         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1283         end_pfn--;
1284
1285         if (!pfn_valid(end_pfn))
1286                 return NULL;
1287
1288         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1289         if (!start_page)
1290                 return NULL;
1291
1292         if (page_zone(start_page) != zone)
1293                 return NULL;
1294
1295         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1296
1297         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1298         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1299                 return NULL;
1300
1301         return start_page;
1302 }
1303
1304 /*
1305  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1306  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1307  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1308  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1309  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1310  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1311  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1312  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1313  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1314  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1315  *
1316  * -- nyc
1317  */
1318 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1319         int low, int high, int migratetype)
1320 {
1321         unsigned long size = 1 << high;
1322         unsigned long nr_added = 0;
1323
1324         while (high > low) {
1325                 high--;
1326                 size >>= 1;
1327                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1328
1329                 /*
1330                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1331                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1332                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1333                  * pages will stay not present in virtual address space
1334                  */
1335                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high))
1336                         continue;
1337
1338                 __add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype, false);
1339                 set_buddy_order(&page[size], high);
1340                 nr_added += size;
1341         }
1342         account_freepages(zone, nr_added, migratetype);
1343 }
1344
1345 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1346 {
1347         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1348                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1349                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1350                 return;
1351         }
1352
1353         bad_page(page,
1354                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1355 }
1356
1357 /*
1358  * This page is about to be returned from the page allocator
1359  */
1360 static bool check_new_page(struct page *page)
1361 {
1362         if (likely(page_expected_state(page,
1363                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1364                 return false;
1365
1366         check_new_page_bad(page);
1367         return true;
1368 }
1369
1370 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1371 {
1372         if (is_check_pages_enabled()) {
1373                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1374                         struct page *p = page + i;
1375
1376                         if (check_new_page(p))
1377                                 return true;
1378                 }
1379         }
1380
1381         return false;
1382 }
1383
1384 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1385 {
1386         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1387         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1388             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1389                 return false;
1390
1391         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1392         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1393                 return true;
1394
1395         /*
1396          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1397          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1398          */
1399         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1400 }
1401
1402 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1403 {
1404         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1405         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1406                 return false;
1407
1408         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1409         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1410 }
1411
1412 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1413                                 gfp_t gfp_flags)
1414 {
1415         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1416                         !should_skip_init(gfp_flags);
1417         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1418         int i;
1419
1420         set_page_private(page, 0);
1421         set_page_refcounted(page);
1422
1423         arch_alloc_page(page, order);
1424         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1425
1426         /*
1427          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1428          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1429          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1430          */
1431         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1432
1433         /*
1434          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1435          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1436          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1437          */
1438
1439         /*
1440          * If memory tags should be zeroed
1441          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1442          */
1443         if (zero_tags) {
1444                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1445                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1446                         tag_clear_highpage(page + i);
1447
1448                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1449                 init = false;
1450         }
1451         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1452             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1453                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1454                 if (kasan_has_integrated_init())
1455                         init = false;
1456         } else {
1457                 /*
1458                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1459                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1460                  */
1461                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1462                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1463         }
1464         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1465         if (init)
1466                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1467
1468         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1469         page_table_check_alloc(page, order);
1470         pgalloc_tag_add(page, current, 1 << order);
1471 }
1472
1473 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1474                                                         unsigned int alloc_flags)
1475 {
1476         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1477
1478         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1479                 prep_compound_page(page, order);
1480
1481         /*
1482          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1483          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1484          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1485          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1486          */
1487         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1488                 set_page_pfmemalloc(page);
1489         else
1490                 clear_page_pfmemalloc(page);
1491 }
1492
1493 /*
1494  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1495  * the smallest available page from the freelists
1496  */
1497 static __always_inline
1498 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1499                                                 int migratetype)
1500 {
1501         unsigned int current_order;
1502         struct free_area *area;
1503         struct page *page;
1504
1505         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1506         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1507                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1508                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1509                 if (!page)
1510                         continue;
1511                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, migratetype);
1512                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1513                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1514                                 pcp_allowed_order(order) &&
1515                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1516                 return page;
1517         }
1518
1519         return NULL;
1520 }
1521
1522
1523 /*
1524  * This array describes the order lists are fallen back to when
1525  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1526  *
1527  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1528  */
1529 static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1530         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1531         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1532         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1533 };
1534
1535 #ifdef CONFIG_CMA
1536 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1537                                         unsigned int order)
1538 {
1539         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1540 }
1541 #else
1542 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1543                                         unsigned int order) { return NULL; }
1544 #endif
1545
1546 /*
1547  * Change the type of a block and move all its free pages to that
1548  * type's freelist.
1549  */
1550 static int __move_freepages_block(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1551                                   int old_mt, int new_mt)
1552 {
1553         struct page *page;
1554         unsigned long pfn, end_pfn;
1555         unsigned int order;
1556         int pages_moved = 0;
1557
1558         VM_WARN_ON(start_pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1559         end_pfn = pageblock_end_pfn(start_pfn);
1560
1561         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;) {
1562                 page = pfn_to_page(pfn);
1563                 if (!PageBuddy(page)) {
1564                         pfn++;
1565                         continue;
1566                 }
1567
1568                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1569                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1570                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1571
1572                 order = buddy_order(page);
1573
1574                 move_to_free_list(page, zone, order, old_mt, new_mt);
1575
1576                 pfn += 1 << order;
1577                 pages_moved += 1 << order;
1578         }
1579
1580         set_pageblock_migratetype(pfn_to_page(start_pfn), new_mt);
1581
1582         return pages_moved;
1583 }
1584
1585 static bool prep_move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1586                                       unsigned long *start_pfn,
1587                                       int *num_free, int *num_movable)
1588 {
1589         unsigned long pfn, start, end;
1590
1591         pfn = page_to_pfn(page);
1592         start = pageblock_start_pfn(pfn);
1593         end = pageblock_end_pfn(pfn);
1594
1595         /*
1596          * The caller only has the lock for @zone, don't touch ranges
1597          * that straddle into other zones. While we could move part of
1598          * the range that's inside the zone, this call is usually
1599          * accompanied by other operations such as migratetype updates
1600          * which also should be locked.
1601          */
1602         if (!zone_spans_pfn(zone, start))
1603                 return false;
1604         if (!zone_spans_pfn(zone, end - 1))
1605                 return false;
1606
1607         *start_pfn = start;
1608
1609         if (num_free) {
1610                 *num_free = 0;
1611                 *num_movable = 0;
1612                 for (pfn = start; pfn < end;) {
1613                         page = pfn_to_page(pfn);
1614                         if (PageBuddy(page)) {
1615                                 int nr = 1 << buddy_order(page);
1616
1617                                 *num_free += nr;
1618                                 pfn += nr;
1619                                 continue;
1620                         }
1621                         /*
1622                          * We assume that pages that could be isolated for
1623                          * migration are movable. But we don't actually try
1624                          * isolating, as that would be expensive.
1625                          */
1626                         if (PageLRU(page) || __PageMovable(page))
1627                                 (*num_movable)++;
1628                         pfn++;
1629                 }
1630         }
1631
1632         return true;
1633 }
1634
1635 static int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1636                                 int old_mt, int new_mt)
1637 {
1638         unsigned long start_pfn;
1639
1640         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1641                 return -1;
1642
1643         return __move_freepages_block(zone, start_pfn, old_mt, new_mt);
1644 }
1645
1646 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1647 /* Look for a buddy that straddles start_pfn */
1648 static unsigned long find_large_buddy(unsigned long start_pfn)
1649 {
1650         int order = 0;
1651         struct page *page;
1652         unsigned long pfn = start_pfn;
1653
1654         while (!PageBuddy(page = pfn_to_page(pfn))) {
1655                 /* Nothing found */
1656                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER)
1657                         return start_pfn;
1658                 pfn &= ~0UL << order;
1659         }
1660
1661         /*
1662          * Found a preceding buddy, but does it straddle?
1663          */
1664         if (pfn + (1 << buddy_order(page)) > start_pfn)
1665                 return pfn;
1666
1667         /* Nothing found */
1668         return start_pfn;
1669 }
1670
1671 /* Split a multi-block free page into its individual pageblocks */
1672 static void split_large_buddy(struct zone *zone, struct page *page,
1673                               unsigned long pfn, int order)
1674 {
1675         unsigned long end_pfn = pfn + (1 << order);
1676
1677         VM_WARN_ON_ONCE(order <= pageblock_order);
1678         VM_WARN_ON_ONCE(pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1679
1680         /* Caller removed page from freelist, buddy info cleared! */
1681         VM_WARN_ON_ONCE(PageBuddy(page));
1682
1683         while (pfn != end_pfn) {
1684                 int mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1685
1686                 __free_one_page(page, pfn, zone, pageblock_order, mt, FPI_NONE);
1687                 pfn += pageblock_nr_pages;
1688                 page = pfn_to_page(pfn);
1689         }
1690 }
1691
1692 /**
1693  * move_freepages_block_isolate - move free pages in block for page isolation
1694  * @zone: the zone
1695  * @page: the pageblock page
1696  * @migratetype: migratetype to set on the pageblock
1697  *
1698  * This is similar to move_freepages_block(), but handles the special
1699  * case encountered in page isolation, where the block of interest
1700  * might be part of a larger buddy spanning multiple pageblocks.
1701  *
1702  * Unlike the regular page allocator path, which moves pages while
1703  * stealing buddies off the freelist, page isolation is interested in
1704  * arbitrary pfn ranges that may have overlapping buddies on both ends.
1705  *
1706  * This function handles that. Straddling buddies are split into
1707  * individual pageblocks. Only the block of interest is moved.
1708  *
1709  * Returns %true if pages could be moved, %false otherwise.
1710  */
1711 bool move_freepages_block_isolate(struct zone *zone, struct page *page,
1712                                   int migratetype)
1713 {
1714         unsigned long start_pfn, pfn;
1715
1716         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1717                 return false;
1718
1719         /* No splits needed if buddies can't span multiple blocks */
1720         if (pageblock_order == MAX_PAGE_ORDER)
1721                 goto move;
1722
1723         /* We're a tail block in a larger buddy */
1724         pfn = find_large_buddy(start_pfn);
1725         if (pfn != start_pfn) {
1726                 struct page *buddy = pfn_to_page(pfn);
1727                 int order = buddy_order(buddy);
1728
1729                 del_page_from_free_list(buddy, zone, order,
1730                                         get_pfnblock_migratetype(buddy, pfn));
1731                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1732                 split_large_buddy(zone, buddy, pfn, order);
1733                 return true;
1734         }
1735
1736         /* We're the starting block of a larger buddy */
1737         if (PageBuddy(page) && buddy_order(page) > pageblock_order) {
1738                 int order = buddy_order(page);
1739
1740                 del_page_from_free_list(page, zone, order,
1741                                         get_pfnblock_migratetype(page, pfn));
1742                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1743                 split_large_buddy(zone, page, pfn, order);
1744                 return true;
1745         }
1746 move:
1747         __move_freepages_block(zone, start_pfn,
1748                                get_pfnblock_migratetype(page, start_pfn),
1749                                migratetype);
1750         return true;
1751 }
1752 #endif /* CONFIG_MEMORY_ISOLATION */
1753
1754 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1755                                         int start_order, int migratetype)
1756 {
1757         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1758
1759         while (nr_pageblocks--) {
1760                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1761                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1762         }
1763 }
1764
1765 /*
1766  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1767  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1768  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1769  *
1770  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1771  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1772  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1773  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1774  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1775  * pageblocks.
1776  */
1777 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1778 {
1779         /*
1780          * Leaving this order check is intended, although there is
1781          * relaxed order check in next check. The reason is that
1782          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1783          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1784          * so could be changed anytime.
1785          */
1786         if (order >= pageblock_order)
1787                 return true;
1788
1789         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1790                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1791                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1792                 page_group_by_mobility_disabled)
1793                 return true;
1794
1795         return false;
1796 }
1797
1798 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1799 {
1800         unsigned long max_boost;
1801
1802         if (!watermark_boost_factor)
1803                 return false;
1804         /*
1805          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1806          * On small machines, including kdump capture kernels running
1807          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1808          * memory situation immediately.
1809          */
1810         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1811                 return false;
1812
1813         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1814                         watermark_boost_factor, 10000);
1815
1816         /*
1817          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1818          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1819          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1820          * allocations that early means that reclaim is not going
1821          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1822          * boosted watermark resulting in a hang.
1823          */
1824         if (!max_boost)
1825                 return false;
1826
1827         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1828
1829         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1830                 max_boost);
1831
1832         return true;
1833 }
1834
1835 /*
1836  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough, we
1837  * can claim the whole pageblock for the requested migratetype. If not, we check
1838  * the pageblock for constituent pages; if at least half of the pages are free
1839  * or compatible, we can still claim the whole block, so pages freed in the
1840  * future will be put on the correct free list. Otherwise, we isolate exactly
1841  * the order we need from the fallback block and leave its migratetype alone.
1842  */
1843 static struct page *
1844 steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1845                         int current_order, int order, int start_type,
1846                         unsigned int alloc_flags, bool whole_block)
1847 {
1848         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1849         unsigned long start_pfn;
1850         int block_type;
1851
1852         block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1853
1854         /*
1855          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1856          * highatomic accounting.
1857          */
1858         if (is_migrate_highatomic(block_type))
1859                 goto single_page;
1860
1861         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1862         if (current_order >= pageblock_order) {
1863                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1864                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1865                 expand(zone, page, order, current_order, start_type);
1866                 return page;
1867         }
1868
1869         /*
1870          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1871          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1872          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1873          */
1874         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1875                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1876
1877         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1878         if (!whole_block)
1879                 goto single_page;
1880
1881         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1882         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, &free_pages,
1883                                        &movable_pages))
1884                 goto single_page;
1885
1886         /*
1887          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1888          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1889          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1890          */
1891         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1892                 alike_pages = movable_pages;
1893         } else {
1894                 /*
1895                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1896                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1897                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1898                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1899                  * exact migratetype of non-movable pages.
1900                  */
1901                 if (block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1902                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1903                                                 - (free_pages + movable_pages);
1904                 else
1905                         alike_pages = 0;
1906         }
1907         /*
1908          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1909          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1910          */
1911         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1912                         page_group_by_mobility_disabled) {
1913                 __move_freepages_block(zone, start_pfn, block_type, start_type);
1914                 return __rmqueue_smallest(zone, order, start_type);
1915         }
1916
1917 single_page:
1918         del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1919         expand(zone, page, order, current_order, block_type);
1920         return page;
1921 }
1922
1923 /*
1924  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1925  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1926  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1927  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1928  */
1929 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1930                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1931 {
1932         int i;
1933         int fallback_mt;
1934
1935         if (area->nr_free == 0)
1936                 return -1;
1937
1938         *can_steal = false;
1939         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1940                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1941                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1942                         continue;
1943
1944                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1945                         *can_steal = true;
1946
1947                 if (!only_stealable)
1948                         return fallback_mt;
1949
1950                 if (*can_steal)
1951                         return fallback_mt;
1952         }
1953
1954         return -1;
1955 }
1956
1957 /*
1958  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1959  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1960  */
1961 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1962 {
1963         int mt;
1964         unsigned long max_managed, flags;
1965
1966         /*
1967          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1968          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1969          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1970          * Check is race-prone but harmless.
1971          */
1972         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1973                 return;
1974         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1975         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1976                 return;
1977
1978         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1979
1980         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1981         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1982                 goto out_unlock;
1983
1984         /* Yoink! */
1985         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1986         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1987         if (migratetype_is_mergeable(mt))
1988                 if (move_freepages_block(zone, page, mt,
1989                                          MIGRATE_HIGHATOMIC) != -1)
1990                         zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1991
1992 out_unlock:
1993         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1994 }
1995
1996 /*
1997  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1998  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1999  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2000  * to recover from than an OOM.
2001  *
2002  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2003  * pageblock is exhausted.
2004  */
2005 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2006                                                 bool force)
2007 {
2008         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2009         unsigned long flags;
2010         struct zoneref *z;
2011         struct zone *zone;
2012         struct page *page;
2013         int order;
2014         int ret;
2015
2016         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2017                                                                 ac->nodemask) {
2018                 /*
2019                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2020                  * is really high.
2021                  */
2022                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2023                                         pageblock_nr_pages)
2024                         continue;
2025
2026                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2027                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
2028                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2029                         int mt;
2030
2031                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2032                         if (!page)
2033                                 continue;
2034
2035                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2036                         /*
2037                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2038                          * we can counter several free pages in a pageblock
2039                          * in this loop although we changed the pageblock type
2040                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2041                          * adjust the count once.
2042                          */
2043                         if (is_migrate_highatomic(mt)) {
2044                                 /*
2045                                  * It should never happen but changes to
2046                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2047                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2048                                  * while unreserving so be safe and watch for
2049                                  * underflows.
2050                                  */
2051                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2052                                                 pageblock_nr_pages,
2053                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2054                         }
2055
2056                         /*
2057                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2058                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2059                          * is doing the work and needs the pages. More
2060                          * importantly, if the block was always converted to
2061                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2062                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2063                          * may increase.
2064                          */
2065                         ret = move_freepages_block(zone, page, mt,
2066                                                    ac->migratetype);
2067                         /*
2068                          * Reserving this block already succeeded, so this should
2069                          * not fail on zone boundaries.
2070                          */
2071                         WARN_ON_ONCE(ret == -1);
2072                         if (ret > 0) {
2073                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2074                                 return ret;
2075                         }
2076                 }
2077                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2078         }
2079
2080         return false;
2081 }
2082
2083 /*
2084  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2085  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2086  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2087  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2088  *
2089  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2090  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2091  * condition simpler.
2092  */
2093 static __always_inline struct page *
2094 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2095                                                 unsigned int alloc_flags)
2096 {
2097         struct free_area *area;
2098         int current_order;
2099         int min_order = order;
2100         struct page *page;
2101         int fallback_mt;
2102         bool can_steal;
2103
2104         /*
2105          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2106          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2107          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2108          */
2109         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2110                 min_order = pageblock_order;
2111
2112         /*
2113          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2114          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2115          * would be too costly to do exactly.
2116          */
2117         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2118                                 --current_order) {
2119                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2120                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2121                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2122                 if (fallback_mt == -1)
2123                         continue;
2124
2125                 /*
2126                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2127                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2128                  * steal and split the smallest available page instead of the
2129                  * largest available page, because even if the next movable
2130                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2131                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2132                  */
2133                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2134                                         && current_order > order)
2135                         goto find_smallest;
2136
2137                 goto do_steal;
2138         }
2139
2140         return NULL;
2141
2142 find_smallest:
2143         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2144                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2145                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2146                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2147                 if (fallback_mt != -1)
2148                         break;
2149         }
2150
2151         /*
2152          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2153          * when looking for the largest page.
2154          */
2155         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2156
2157 do_steal:
2158         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2159
2160         /* take off list, maybe claim block, expand remainder */
2161         page = steal_suitable_fallback(zone, page, current_order, order,
2162                                        start_migratetype, alloc_flags, can_steal);
2163
2164         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2165                 start_migratetype, fallback_mt);
2166
2167         return page;
2168 }
2169
2170 /*
2171  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2172  * Call me with the zone->lock already held.
2173  */
2174 static __always_inline struct page *
2175 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2176                                                 unsigned int alloc_flags)
2177 {
2178         struct page *page;
2179
2180         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2181                 /*
2182                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2183                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2184                  * is in the CMA area.
2185                  */
2186                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2187                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2188                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2189                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2190                         if (page)
2191                                 return page;
2192                 }
2193         }
2194
2195         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2196         if (unlikely(!page)) {
2197                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2198                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2199
2200                 if (!page)
2201                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2202                                                   alloc_flags);
2203         }
2204         return page;
2205 }
2206
2207 /*
2208  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2209  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2210  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2211  */
2212 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2213                         unsigned long count, struct list_head *list,
2214                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2215 {
2216         unsigned long flags;
2217         int i;
2218
2219         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2220         for (i = 0; i < count; ++i) {
2221                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2222                                                                 alloc_flags);
2223                 if (unlikely(page == NULL))
2224                         break;
2225
2226                 /*
2227                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2228                  * physical page order. The page is added to the tail of
2229                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2230                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2231                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2232                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2233                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2234                  * pages are ordered properly.
2235                  */
2236                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2237         }
2238         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2239
2240         return i;
2241 }
2242
2243 /*
2244  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2245  * Return whether there are addition works to do.
2246  */
2247 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2248 {
2249         int high_min, to_drain, batch;
2250         int todo = 0;
2251
2252         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2253         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2254         /*
2255          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2256          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2257          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2258          */
2259         if (pcp->high > high_min) {
2260                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2261                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2262                 if (pcp->high > high_min)
2263                         todo++;
2264         }
2265
2266         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2267         if (to_drain > 0) {
2268                 spin_lock(&pcp->lock);
2269                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2270                 spin_unlock(&pcp->lock);
2271                 todo++;
2272         }
2273
2274         return todo;
2275 }
2276
2277 #ifdef CONFIG_NUMA
2278 /*
2279  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2280  * currently executing processor on remote nodes after they have
2281  * expired.
2282  */
2283 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2284 {
2285         int to_drain, batch;
2286
2287         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2288         to_drain = min(pcp->count, batch);
2289         if (to_drain > 0) {
2290                 spin_lock(&pcp->lock);
2291                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2292                 spin_unlock(&pcp->lock);
2293         }
2294 }
2295 #endif
2296
2297 /*
2298  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2299  */
2300 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2301 {
2302         struct per_cpu_pages *pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2303         int count = READ_ONCE(pcp->count);
2304
2305         while (count) {
2306                 int to_drain = min(count, pcp->batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2307                 count -= to_drain;
2308
2309                 spin_lock(&pcp->lock);
2310                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2311                 spin_unlock(&pcp->lock);
2312         }
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2317  */
2318 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2319 {
2320         struct zone *zone;
2321
2322         for_each_populated_zone(zone) {
2323                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2324         }
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2329  */
2330 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2331 {
2332         int cpu = smp_processor_id();
2333
2334         if (zone)
2335                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2336         else
2337                 drain_pages(cpu);
2338 }
2339
2340 /*
2341  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2342  * drain on all cpus.
2343  *
2344  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2345  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2346  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2347  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2348  * optimizing racy check.
2349  */
2350 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2351 {
2352         int cpu;
2353
2354         /*
2355          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2356          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2357          */
2358         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2359
2360         /*
2361          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2362          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2363          * the drain to be complete when the call returns.
2364          */
2365         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2366                 if (!zone)
2367                         return;
2368                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2369         }
2370
2371         /*
2372          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2373          * as offline notification will cause the notified
2374          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2375          * disables preemption as part of its processing
2376          */
2377         for_each_online_cpu(cpu) {
2378                 struct per_cpu_pages *pcp;
2379                 struct zone *z;
2380                 bool has_pcps = false;
2381
2382                 if (force_all_cpus) {
2383                         /*
2384                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2385                          * guarantee that no cpu is missed.
2386                          */
2387                         has_pcps = true;
2388                 } else if (zone) {
2389                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2390                         if (pcp->count)
2391                                 has_pcps = true;
2392                 } else {
2393                         for_each_populated_zone(z) {
2394                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2395                                 if (pcp->count) {
2396                                         has_pcps = true;
2397                                         break;
2398                                 }
2399                         }
2400                 }
2401
2402                 if (has_pcps)
2403                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2404                 else
2405                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2406         }
2407
2408         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2409                 if (zone)
2410                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2411                 else
2412                         drain_pages(cpu);
2413         }
2414
2415         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2416 }
2417
2418 /*
2419  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2420  *
2421  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2422  */
2423 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2424 {
2425         __drain_all_pages(zone, false);
2426 }
2427
2428 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2429 {
2430         int min_nr_free, max_nr_free;
2431
2432         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2433         if (unlikely(free_high))
2434                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2435
2436         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2437         if (unlikely(high < batch))
2438                 return 1;
2439
2440         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2441         min_nr_free = batch;
2442         max_nr_free = high - batch;
2443
2444         /*
2445          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2446          * freed pages to reduce zone lock contention.
2447          */
2448         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2449
2450         return batch;
2451 }
2452
2453 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2454                        int batch, bool free_high)
2455 {
2456         int high, high_min, high_max;
2457
2458         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2459         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2460         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2461
2462         if (unlikely(!high))
2463                 return 0;
2464
2465         if (unlikely(free_high)) {
2466                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2467                                 high_min);
2468                 return 0;
2469         }
2470
2471         /*
2472          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2473          * stored on pcp lists
2474          */
2475         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2476                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2477
2478                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2479                 return min(batch << 2, pcp->high);
2480         }
2481
2482         if (high_min == high_max)
2483                 return high;
2484
2485         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2486                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2487
2488                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2489                 high = max(pcp->count, high_min);
2490         } else if (pcp->count >= high) {
2491                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2492
2493                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2494                 if (pcp->high < need_high)
2495                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2496         }
2497
2498         return high;
2499 }
2500
2501 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2502                                    struct page *page, int migratetype,
2503                                    unsigned int order)
2504 {
2505         int high, batch;
2506         int pindex;
2507         bool free_high = false;
2508
2509         /*
2510          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2511          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2512          * allocations.
2513          */
2514         pcp->alloc_factor >>= 1;
2515         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2516         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2517         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2518         pcp->count += 1 << order;
2519
2520         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2521         /*
2522          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2523          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2524          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2525          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2526          */
2527         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2528                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2529                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2530                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2531                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2532                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2533         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2534                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2535         }
2536         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2537                 pcp->free_count += (1 << order);
2538         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2539         if (pcp->count >= high) {
2540                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2541                                    pcp, pindex);
2542                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2543                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2544                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2545                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2546         }
2547 }
2548
2549 /*
2550  * Free a pcp page
2551  */
2552 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2553 {
2554         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2555         struct per_cpu_pages *pcp;
2556         struct zone *zone;
2557         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2558         int migratetype;
2559
2560         if (!pcp_allowed_order(order)) {
2561                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
2562                 return;
2563         }
2564
2565         if (!free_pages_prepare(page, order))
2566                 return;
2567
2568         /*
2569          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2570          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2571          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2572          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2573          * excessively into the page allocator
2574          */
2575         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2576         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2577                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2578                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, FPI_NONE);
2579                         return;
2580                 }
2581                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2582         }
2583
2584         zone = page_zone(page);
2585         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2586         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2587         if (pcp) {
2588                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2589                 pcp_spin_unlock(pcp);
2590         } else {
2591                 free_one_page(zone, page, pfn, order, FPI_NONE);
2592         }
2593         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2594 }
2595
2596 /*
2597  * Free a batch of folios
2598  */
2599 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2600 {
2601         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2602         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2603         struct zone *locked_zone = NULL;
2604         int i, j;
2605
2606         /* Prepare folios for freeing */
2607         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2608                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2609                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2610                 unsigned int order = folio_order(folio);
2611
2612                 if (order > 0 && folio_test_large_rmappable(folio))
2613                         folio_undo_large_rmappable(folio);
2614                 if (!free_pages_prepare(&folio->page, order))
2615                         continue;
2616                 /*
2617                  * Free orders not handled on the PCP directly to the
2618                  * allocator.
2619                  */
2620                 if (!pcp_allowed_order(order)) {
2621                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page,
2622                                       pfn, order, FPI_NONE);
2623                         continue;
2624                 }
2625                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2626                 if (j != i)
2627                         folios->folios[j] = folio;
2628                 j++;
2629         }
2630         folios->nr = j;
2631
2632         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2633                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2634                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2635                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2636                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2637                 int migratetype;
2638
2639                 folio->private = NULL;
2640                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(&folio->page, pfn);
2641
2642                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2643                 if (zone != locked_zone ||
2644                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2645                         if (pcp) {
2646                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2647                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2648                                 locked_zone = NULL;
2649                                 pcp = NULL;
2650                         }
2651
2652                         /*
2653                          * Free isolated pages directly to the
2654                          * allocator, see comment in free_unref_page.
2655                          */
2656                         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
2657                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2658                                               order, FPI_NONE);
2659                                 continue;
2660                         }
2661
2662                         /*
2663                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2664                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2665                          */
2666                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2667                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2668                         if (unlikely(!pcp)) {
2669                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2670                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2671                                               order, FPI_NONE);
2672                                 continue;
2673                         }
2674                         locked_zone = zone;
2675                 }
2676
2677                 /*
2678                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2679                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2680                  */
2681                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2682                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2683
2684                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2685                 free_unref_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2686                                 order);
2687         }
2688
2689         if (pcp) {
2690                 pcp_spin_unlock(pcp);
2691                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2692         }
2693         folio_batch_reinit(folios);
2694 }
2695
2696 /*
2697  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2698  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2699  * Each sub-page must be freed individually.
2700  *
2701  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2702  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2703  */
2704 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2705 {
2706         int i;
2707
2708         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2709         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2710
2711         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2712                 set_page_refcounted(page + i);
2713         split_page_owner(page, order, 0);
2714         pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
2715         split_page_memcg(page, order, 0);
2716 }
2717 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2718
2719 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2720 {
2721         struct zone *zone = page_zone(page);
2722         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2723
2724         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2725                 unsigned long watermark;
2726                 /*
2727                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2728                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2729                  * watermark, because we already know our high-order page
2730                  * exists.
2731                  */
2732                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2733                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2734                         return 0;
2735         }
2736
2737         del_page_from_free_list(page, zone, order, mt);
2738
2739         /*
2740          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2741          * pageblock
2742          */
2743         if (order >= pageblock_order - 1) {
2744                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2745                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2746                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2747                         /*
2748                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2749                          * with others)
2750                          */
2751                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2752                                 move_freepages_block(zone, page, mt,
2753                                                      MIGRATE_MOVABLE);
2754                 }
2755         }
2756
2757         return 1UL << order;
2758 }
2759
2760 /**
2761  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2762  * @page: Page that was isolated
2763  * @order: Order of the isolated page
2764  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2765  *
2766  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2767  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2768  */
2769 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2770 {
2771         struct zone *zone = page_zone(page);
2772
2773         /* zone lock should be held when this function is called */
2774         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2775
2776         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2777         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2778                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2779 }
2780
2781 /*
2782  * Update NUMA hit/miss statistics
2783  */
2784 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2785                                    long nr_account)
2786 {
2787 #ifdef CONFIG_NUMA
2788         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2789
2790         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2791         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2792                 return;
2793
2794         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2795                 local_stat = NUMA_OTHER;
2796
2797         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2798                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2799         else {
2800                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2801                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2802         }
2803         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2804 #endif
2805 }
2806
2807 static __always_inline
2808 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2809                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2810                            int migratetype)
2811 {
2812         struct page *page;
2813         unsigned long flags;
2814
2815         do {
2816                 page = NULL;
2817                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2818                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2819                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2820                 if (!page) {
2821                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2822
2823                         /*
2824                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2825                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2826                          * failing a high-order atomic allocation in the
2827                          * future.
2828                          */
2829                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2830                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2831
2832                         if (!page) {
2833                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2834                                 return NULL;
2835                         }
2836                 }
2837                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2838         } while (check_new_pages(page, order));
2839
2840         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2841         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2842
2843         return page;
2844 }
2845
2846 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2847 {
2848         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2849         int high_max, high_min;
2850
2851         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2852         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2853         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2854         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2855
2856         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2857         if (unlikely(high < base_batch))
2858                 return 1;
2859
2860         if (order)
2861                 batch = base_batch;
2862         else
2863                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2864
2865         /*
2866          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2867          * zone.
2868          */
2869         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2870                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2871
2872         if (!order) {
2873                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2874                 /*
2875                  * Double the number of pages allocated each time there is
2876                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2877                  */
2878                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2879                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2880                         pcp->alloc_factor++;
2881                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2882         }
2883
2884         /*
2885          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2886          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2887          * for boot pagesets which should never store free pages as
2888          * the pages may belong to arbitrary zones.
2889          */
2890         if (batch > 1)
2891                 batch = max(batch >> order, 2);
2892
2893         return batch;
2894 }
2895
2896 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2897 static inline
2898 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2899                         int migratetype,
2900                         unsigned int alloc_flags,
2901                         struct per_cpu_pages *pcp,
2902                         struct list_head *list)
2903 {
2904         struct page *page;
2905
2906         do {
2907                 if (list_empty(list)) {
2908                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2909                         int alloced;
2910
2911                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2912                                         batch, list,
2913                                         migratetype, alloc_flags);
2914
2915                         pcp->count += alloced << order;
2916                         if (unlikely(list_empty(list)))
2917                                 return NULL;
2918                 }
2919
2920                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2921                 list_del(&page->pcp_list);
2922                 pcp->count -= 1 << order;
2923         } while (check_new_pages(page, order));
2924
2925         return page;
2926 }
2927
2928 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2929 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2930                         struct zone *zone, unsigned int order,
2931                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2932 {
2933         struct per_cpu_pages *pcp;
2934         struct list_head *list;
2935         struct page *page;
2936         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2937
2938         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2939         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2940         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2941         if (!pcp) {
2942                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2943                 return NULL;
2944         }
2945
2946         /*
2947          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2948          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2949          * frees.
2950          */
2951         pcp->free_count >>= 1;
2952         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2953         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2954         pcp_spin_unlock(pcp);
2955         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2956         if (page) {
2957                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2958                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2959         }
2960         return page;
2961 }
2962
2963 /*
2964  * Allocate a page from the given zone.
2965  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2966  */
2967
2968 /*
2969  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2970  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2971  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2972  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2973  */
2974 __no_sanitize_memory
2975 static inline
2976 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2977                         struct zone *zone, unsigned int order,
2978                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2979                         int migratetype)
2980 {
2981         struct page *page;
2982
2983         /*
2984          * We most definitely don't want callers attempting to
2985          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2986          */
2987         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2988
2989         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2990                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2991                                        migratetype, alloc_flags);
2992                 if (likely(page))
2993                         goto out;
2994         }
2995
2996         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2997                                                         migratetype);
2998
2999 out:
3000         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3001         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
3002             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3003                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3004                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3005         }
3006
3007         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3008         return page;
3009 }
3010
3011 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3012 {
3013         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3014 }
3015 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3016
3017 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3018                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3019 {
3020         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3021
3022         /*
3023          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3024          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3025          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3026          */
3027         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3028                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3029
3030 #ifdef CONFIG_CMA
3031         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3032         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3033                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3034 #endif
3035 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
3036         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
3037 #endif
3038
3039         return unusable_free;
3040 }
3041
3042 /*
3043  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3044  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3045  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3046  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3047  */
3048 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3049                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3050                          long free_pages)
3051 {
3052         long min = mark;
3053         int o;
3054
3055         /* free_pages may go negative - that's OK */
3056         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3057
3058         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3059                 /*
3060                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3061                  * as OOM.
3062                  */
3063                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3064                         min -= min / 2;
3065
3066                         /*
3067                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3068                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3069                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3070                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3071                          * access to the min reserve.
3072                          */
3073                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3074                                 min -= min / 4;
3075                 }
3076
3077                 /*
3078                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3079                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3080                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3081                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3082                  */
3083                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3084                         min -= min / 2;
3085         }
3086
3087         /*
3088          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3089          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3090          * even if a suitable page happened to be free.
3091          */
3092         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3093                 return false;
3094
3095         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3096         if (!order)
3097                 return true;
3098
3099         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3100         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3101                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3102                 int mt;
3103
3104                 if (!area->nr_free)
3105                         continue;
3106
3107                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3108                         if (!free_area_empty(area, mt))
3109                                 return true;
3110                 }
3111
3112 #ifdef CONFIG_CMA
3113                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3114                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3115                         return true;
3116                 }
3117 #endif
3118                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3119                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3120                         return true;
3121                 }
3122         }
3123         return false;
3124 }
3125
3126 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3127                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3128 {
3129         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3130                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3131 }
3132
3133 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3134                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3135                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3136 {
3137         long free_pages;
3138
3139         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3140
3141         /*
3142          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3143          * need to be calculated.
3144          */
3145         if (!order) {
3146                 long usable_free;
3147                 long reserved;
3148
3149                 usable_free = free_pages;
3150                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3151
3152                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3153                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3154                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3155                         return true;
3156         }
3157
3158         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3159                                         free_pages))
3160                 return true;
3161
3162         /*
3163          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3164          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3165          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3166          * when below the low watermark.
3167          */
3168         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3169                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3170                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3171                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3172                                         alloc_flags, free_pages);
3173         }
3174
3175         return false;
3176 }
3177
3178 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3179                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3180 {
3181         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3182
3183         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3184                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3185
3186         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3187                                                                 free_pages);
3188 }
3189
3190 #ifdef CONFIG_NUMA
3191 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3192
3193 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3194 {
3195         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3196                                 node_reclaim_distance;
3197 }
3198 #else   /* CONFIG_NUMA */
3199 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3200 {
3201         return true;
3202 }
3203 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3204
3205 /*
3206  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3207  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3208  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3209  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3210  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3211  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3212  */
3213 static inline unsigned int
3214 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3215 {
3216         unsigned int alloc_flags;
3217
3218         /*
3219          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3220          * to save a branch.
3221          */
3222         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3223
3224 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3225         if (!zone)
3226                 return alloc_flags;
3227
3228         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3229                 return alloc_flags;
3230
3231         /*
3232          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3233          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3234          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3235          */
3236         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3237         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3238                 return alloc_flags;
3239
3240         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3241 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3242         return alloc_flags;
3243 }
3244
3245 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3246 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3247                                                   unsigned int alloc_flags)
3248 {
3249 #ifdef CONFIG_CMA
3250         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3251                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3252 #endif
3253         return alloc_flags;
3254 }
3255
3256 /*
3257  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3258  * a page.
3259  */
3260 static struct page *
3261 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3262                                                 const struct alloc_context *ac)
3263 {
3264         struct zoneref *z;
3265         struct zone *zone;
3266         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3267         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3268         bool no_fallback;
3269
3270 retry:
3271         /*
3272          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3273          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3274          */
3275         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3276         z = ac->preferred_zoneref;
3277         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3278                                         ac->nodemask) {
3279                 struct page *page;
3280                 unsigned long mark;
3281
3282                 if (cpusets_enabled() &&
3283                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3284                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3285                                 continue;
3286                 /*
3287                  * When allocating a page cache page for writing, we
3288                  * want to get it from a node that is within its dirty
3289                  * limit, such that no single node holds more than its
3290                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3291                  * The dirty limits take into account the node's
3292                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3293                  * should be able to balance it without having to
3294                  * write pages from its LRU list.
3295                  *
3296                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3297                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3298                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3299                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3300                  * nodes are together not big enough to reach the
3301                  * global limit.  The proper fix for these situations
3302                  * will require awareness of nodes in the
3303                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3304                  */
3305                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3306                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3307                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3308                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3309                         }
3310
3311                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3312                                 continue;
3313                 }
3314
3315                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3316                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3317                         int local_nid;
3318
3319                         /*
3320                          * If moving to a remote node, retry but allow
3321                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3322                          * than fragmentation avoidance.
3323                          */
3324                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3325                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3326                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3327                                 goto retry;
3328                         }
3329                 }
3330
3331                 /*
3332                  * Detect whether the number of free pages is below high
3333                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3334                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3335                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3336                  * avoid to do that in hotter free path.
3337                  */
3338                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3339                         goto check_alloc_wmark;
3340
3341                 mark = high_wmark_pages(zone);
3342                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3343                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3344                                         gfp_mask))
3345                         goto try_this_zone;
3346                 else
3347                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3348
3349 check_alloc_wmark:
3350                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3351                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3352                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3353                                        gfp_mask)) {
3354                         int ret;
3355
3356                         if (has_unaccepted_memory()) {
3357                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3358                                         goto try_this_zone;
3359                         }
3360
3361 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3362                         /*
3363                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3364                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3365                          */
3366                         if (deferred_pages_enabled()) {
3367                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3368                                         goto try_this_zone;
3369                         }
3370 #endif
3371                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3372                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3373                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3374                                 goto try_this_zone;
3375
3376                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3377                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3378                                 continue;
3379
3380                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3381                         switch (ret) {
3382                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3383                                 /* did not scan */
3384                                 continue;
3385                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3386                                 /* scanned but unreclaimable */
3387                                 continue;
3388                         default:
3389                                 /* did we reclaim enough */
3390                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3391                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3392                                         goto try_this_zone;
3393
3394                                 continue;
3395                         }
3396                 }
3397
3398 try_this_zone:
3399                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3400                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3401                 if (page) {
3402                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3403
3404                         /*
3405                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3406                          * if the pageblock should be reserved for the future
3407                          */
3408                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3409                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3410
3411                         return page;
3412                 } else {
3413                         if (has_unaccepted_memory()) {
3414                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3415                                         goto try_this_zone;
3416                         }
3417
3418 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3419                         /* Try again if zone has deferred pages */
3420                         if (deferred_pages_enabled()) {
3421                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3422                                         goto try_this_zone;
3423                         }
3424 #endif
3425                 }
3426         }
3427
3428         /*
3429          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3430          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3431          */
3432         if (no_fallback) {
3433                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3434                 goto retry;
3435         }
3436
3437         return NULL;
3438 }
3439
3440 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3441 {
3442         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3443
3444         /*
3445          * This documents exceptions given to allocations in certain
3446          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3447          * of allowed nodes.
3448          */
3449         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3450                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3451                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3452                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3453         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3454                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3455
3456         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3457 }
3458
3459 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3460 {
3461         struct va_format vaf;
3462         va_list args;
3463         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3464
3465         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3466              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3467              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3468                 return;
3469
3470         va_start(args, fmt);
3471         vaf.fmt = fmt;
3472         vaf.va = &args;
3473         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3474                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3475                         nodemask_pr_args(nodemask));
3476         va_end(args);
3477
3478         cpuset_print_current_mems_allowed();
3479         pr_cont("\n");
3480         dump_stack();
3481         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3482 }
3483
3484 static inline struct page *
3485 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3486                               unsigned int alloc_flags,
3487                               const struct alloc_context *ac)
3488 {
3489         struct page *page;
3490
3491         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3492                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3493         /*
3494          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3495          * are depleted
3496          */
3497         if (!page)
3498                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3499                                 alloc_flags, ac);
3500
3501         return page;
3502 }
3503
3504 static inline struct page *
3505 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3506         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3507 {
3508         struct oom_control oc = {
3509                 .zonelist = ac->zonelist,
3510                 .nodemask = ac->nodemask,
3511                 .memcg = NULL,
3512                 .gfp_mask = gfp_mask,
3513                 .order = order,
3514         };
3515         struct page *page;
3516
3517         *did_some_progress = 0;
3518
3519         /*
3520          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3521          * making progress for us.
3522          */
3523         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3524                 *did_some_progress = 1;
3525                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3526                 return NULL;
3527         }
3528
3529         /*
3530          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3531          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3532          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3533          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3534          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3535          */
3536         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3537                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3538                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3539         if (page)
3540                 goto out;
3541
3542         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3543         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3544                 goto out;
3545         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3546         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3547                 goto out;
3548         /*
3549          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3550          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3551          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3552          * fallback than shooting a random task.
3553          *
3554          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3555          */
3556         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3557                 goto out;
3558         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3559         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3560                 goto out;
3561         if (pm_suspended_storage())
3562                 goto out;
3563         /*
3564          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3565          * other request to make a forward progress.
3566          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3567          * do much for this context but let's try it to at least get
3568          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3569          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3570          * failures more gracefully we should just bail out here.
3571          */
3572
3573         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3574         if (out_of_memory(&oc) ||
3575             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3576                 *did_some_progress = 1;
3577
3578                 /*
3579                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3580                  * reserves
3581                  */
3582                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3583                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3584                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3585         }
3586 out:
3587         mutex_unlock(&oom_lock);
3588         return page;
3589 }
3590
3591 /*
3592  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3593  * killer is consider as the only way to move forward.
3594  */
3595 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3596
3597 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3598 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3599 static struct page *
3600 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3601                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3602                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3603 {
3604         struct page *page = NULL;
3605         unsigned long pflags;
3606         unsigned int noreclaim_flag;
3607
3608         if (!order)
3609                 return NULL;
3610
3611         psi_memstall_enter(&pflags);
3612         delayacct_compact_start();
3613         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3614
3615         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3616                                                                 prio, &page);
3617
3618         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3619         psi_memstall_leave(&pflags);
3620         delayacct_compact_end();
3621
3622         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3623                 return NULL;
3624         /*
3625          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3626          * count a compaction stall
3627          */
3628         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3629
3630         /* Prep a captured page if available */
3631         if (page)
3632                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3633
3634         /* Try get a page from the freelist if available */
3635         if (!page)
3636                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3637
3638         if (page) {
3639                 struct zone *zone = page_zone(page);
3640
3641                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3642                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3643                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3644                 return page;
3645         }
3646
3647         /*
3648          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3649          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3650          */
3651         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3652
3653         cond_resched();
3654
3655         return NULL;
3656 }
3657
3658 static inline bool
3659 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3660                      enum compact_result compact_result,
3661                      enum compact_priority *compact_priority,
3662                      int *compaction_retries)
3663 {
3664         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3665         int min_priority;
3666         bool ret = false;
3667         int retries = *compaction_retries;
3668         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3669
3670         if (!order)
3671                 return false;
3672
3673         if (fatal_signal_pending(current))
3674                 return false;
3675
3676         /*
3677          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3678          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3679          */
3680         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3681                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3682                 goto out;
3683         }
3684
3685         /*
3686          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3687          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3688          */
3689         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3690                 /*
3691                  * !costly requests are much more important than
3692                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3693                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3694                  * costly can fail and users are ready to cope with
3695                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3696                  * need much more detailed feedback from compaction to
3697                  * make a better decision.
3698                  */
3699                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3700                         max_retries /= 4;
3701
3702                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3703                         ret = true;
3704                         goto out;
3705                 }
3706         }
3707
3708         /*
3709          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3710          */
3711         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3712                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3713
3714         if (*compact_priority > min_priority) {
3715                 (*compact_priority)--;
3716                 *compaction_retries = 0;
3717                 ret = true;
3718         }
3719 out:
3720         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3721         return ret;
3722 }
3723 #else
3724 static inline struct page *
3725 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3726                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3727                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3728 {
3729         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3730         return NULL;
3731 }
3732
3733 static inline bool
3734 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3735                      enum compact_result compact_result,
3736                      enum compact_priority *compact_priority,
3737                      int *compaction_retries)
3738 {
3739         struct zone *zone;
3740         struct zoneref *z;
3741
3742         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3743                 return false;
3744
3745         /*
3746          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3747          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3748          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3749          * watermarks are OK.
3750          */
3751         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3752                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3753                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3754                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3755                         return true;
3756         }
3757         return false;
3758 }
3759 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3760
3761 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3762 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3763         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3764
3765 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3766 {
3767         /* no reclaim without waiting on it */
3768         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3769                 return false;
3770
3771         /* this guy won't enter reclaim */
3772         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3773                 return false;
3774
3775         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3776                 return false;
3777
3778         return true;
3779 }
3780
3781 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3782 {
3783         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3784 }
3785
3786 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3787 {
3788         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3789 }
3790
3791 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3792 {
3793         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3794
3795         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3796                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3797                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3798
3799 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3800                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3801                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3802 #endif
3803
3804         }
3805 }
3806 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3807
3808 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3809 {
3810         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3811
3812         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3813                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3814                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3815         }
3816 }
3817 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3818 #endif
3819
3820 /*
3821  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3822  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3823  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3824  * embedded spin_lock.
3825  */
3826 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3827
3828 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3829 {
3830         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3831                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3832
3833         return 0;
3834 }
3835
3836 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3837 {
3838         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3839                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3840
3841         return seq;
3842 }
3843
3844 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3845 static unsigned long
3846 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3847                                         const struct alloc_context *ac)
3848 {
3849         unsigned int noreclaim_flag;
3850         unsigned long progress;
3851
3852         cond_resched();
3853
3854         /* We now go into synchronous reclaim */
3855         cpuset_memory_pressure_bump();
3856         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3857         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3858
3859         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3860                                                                 ac->nodemask);
3861
3862         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3863         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3864
3865         cond_resched();
3866
3867         return progress;
3868 }
3869
3870 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3871 static inline struct page *
3872 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3873                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3874                 unsigned long *did_some_progress)
3875 {
3876         struct page *page = NULL;
3877         unsigned long pflags;
3878         bool drained = false;
3879
3880         psi_memstall_enter(&pflags);
3881         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3882         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3883                 goto out;
3884
3885 retry:
3886         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3887
3888         /*
3889          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3890          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3891          * Shrink them and try again
3892          */
3893         if (!page && !drained) {
3894                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3895                 drain_all_pages(NULL);
3896                 drained = true;
3897                 goto retry;
3898         }
3899 out:
3900         psi_memstall_leave(&pflags);
3901
3902         return page;
3903 }
3904
3905 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3906                              const struct alloc_context *ac)
3907 {
3908         struct zoneref *z;
3909         struct zone *zone;
3910         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3911         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3912
3913         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3914                                         ac->nodemask) {
3915                 if (!managed_zone(zone))
3916                         continue;
3917                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3918                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3919                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3920                 }
3921         }
3922 }
3923
3924 static inline unsigned int
3925 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3926 {
3927         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3928
3929         /*
3930          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3931          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3932          * to save two branches.
3933          */
3934         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3935         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3936
3937         /*
3938          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3939          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3940          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3941          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3942          */
3943         alloc_flags |= (__force int)
3944                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3945
3946         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3947                 /*
3948                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3949                  * if it can't schedule.
3950                  */
3951                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3952                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3953
3954                         if (order > 0)
3955                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3956                 }
3957
3958                 /*
3959                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3960                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3961                  * cpuset_node_allowed().
3962                  */
3963                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3964                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3965         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3966                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3967
3968         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3969
3970         return alloc_flags;
3971 }
3972
3973 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3974 {
3975         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3976                 return false;
3977
3978         /*
3979          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3980          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3981          */
3982         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3983                 return false;
3984
3985         return true;
3986 }
3987
3988 /*
3989  * Distinguish requests which really need access to full memory
3990  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3991  */
3992 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3993 {
3994         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3995                 return 0;
3996         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3997                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3998         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3999                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4000         if (!in_interrupt()) {
4001                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4002                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4003                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4004                         return ALLOC_OOM;
4005         }
4006
4007         return 0;
4008 }
4009
4010 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4011 {
4012         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4013 }
4014
4015 /*
4016  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4017  * for the given allocation request.
4018  *
4019  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4020  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4021  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4022  *
4023  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4024  */
4025 static inline bool
4026 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4027                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4028                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4029 {
4030         struct zone *zone;
4031         struct zoneref *z;
4032         bool ret = false;
4033
4034         /*
4035          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4036          * their order will become available due to high fragmentation so
4037          * always increment the no progress counter for them
4038          */
4039         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4040                 *no_progress_loops = 0;
4041         else
4042                 (*no_progress_loops)++;
4043
4044         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
4045                 goto out;
4046
4047
4048         /*
4049          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4050          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4051          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4052          * screwed and have to go OOM.
4053          */
4054         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4055                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4056                 unsigned long available;
4057                 unsigned long reclaimable;
4058                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4059                 bool wmark;
4060
4061                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4062                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4063
4064                 /*
4065                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4066                  * reclaimable pages?
4067                  */
4068                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4069                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4070                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4071                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4072                 if (wmark) {
4073                         ret = true;
4074                         break;
4075                 }
4076         }
4077
4078         /*
4079          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4080          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4081          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4082          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4083          * here rather than calling cond_resched().
4084          */
4085         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4086                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4087         else
4088                 cond_resched();
4089 out:
4090         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4091         if (!ret)
4092                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4093
4094         return ret;
4095 }
4096
4097 static inline bool
4098 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4099 {
4100         /*
4101          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4102          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4103          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4104          * such a way the check therein was true, and then it became false
4105          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4106          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4107          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4108          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4109          * caller can deal with a violated nodemask.
4110          */
4111         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4112                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4113                 ac->nodemask = NULL;
4114                 return true;
4115         }
4116
4117         /*
4118          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4119          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4120          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4121          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4122          * retry.
4123          */
4124         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4125                 return true;
4126
4127         return false;
4128 }
4129
4130 static inline struct page *
4131 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4132                                                 struct alloc_context *ac)
4133 {
4134         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4135         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4136         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4137         struct page *page = NULL;
4138         unsigned int alloc_flags;
4139         unsigned long did_some_progress;
4140         enum compact_priority compact_priority;
4141         enum compact_result compact_result;
4142         int compaction_retries;
4143         int no_progress_loops;
4144         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4145         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4146         int reserve_flags;
4147
4148 restart:
4149         compaction_retries = 0;
4150         no_progress_loops = 0;
4151         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4152         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4153         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4154
4155         /*
4156          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4157          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4158          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4159          */
4160         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4161
4162         /*
4163          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4164          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4165          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4166          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4167          */
4168         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4169                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4170         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4171                 goto nopage;
4172
4173         /*
4174          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4175          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4176          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4177          */
4178         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4179                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4180                                         ac->highest_zoneidx,
4181                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4182                 if (!z->zone)
4183                         goto nopage;
4184         }
4185
4186         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4187                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4188
4189         /*
4190          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4191          * that first
4192          */
4193         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4194         if (page)
4195                 goto got_pg;
4196
4197         /*
4198          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4199          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4200          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4201          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4202          * same migratetype.
4203          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4204          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4205          */
4206         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4207                         (costly_order ||
4208                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4209                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4210                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4211                                                 alloc_flags, ac,
4212                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4213                                                 &compact_result);
4214                 if (page)
4215                         goto got_pg;
4216
4217                 /*
4218                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4219                  * includes some THP page fault allocations
4220                  */
4221                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4222                         /*
4223                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4224                          * failed because all zones are below low watermarks
4225                          * or is prohibited because it recently failed at this
4226                          * order, fail immediately unless the allocator has
4227                          * requested compaction and reclaim retry.
4228                          *
4229                          * Reclaim is
4230                          *  - potentially very expensive because zones are far
4231                          *    below their low watermarks or this is part of very
4232                          *    bursty high order allocations,
4233                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4234                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4235                          *    linear scan, and
4236                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4237                          *    own.
4238                          */
4239                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4240                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4241                                 goto nopage;
4242
4243                         /*
4244                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4245                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4246                          * using async compaction.
4247                          */
4248                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4249                 }
4250         }
4251
4252 retry:
4253         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4254         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4255                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4256
4257         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4258         if (reserve_flags)
4259                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4260                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4261
4262         /*
4263          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4264          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4265          * user oriented.
4266          */
4267         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4268                 ac->nodemask = NULL;
4269                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4270                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4271         }
4272
4273         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4274         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4275         if (page)
4276                 goto got_pg;
4277
4278         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4279         if (!can_direct_reclaim)
4280                 goto nopage;
4281
4282         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4283         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4284                 goto nopage;
4285
4286         /* Try direct reclaim and then allocating */
4287         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4288                                                         &did_some_progress);
4289         if (page)
4290                 goto got_pg;
4291
4292         /* Try direct compaction and then allocating */
4293         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4294                                         compact_priority, &compact_result);
4295         if (page)
4296                 goto got_pg;
4297
4298         /* Do not loop if specifically requested */
4299         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4300                 goto nopage;
4301
4302         /*
4303          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4304          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4305          */
4306         if (costly_order && (!can_compact ||
4307                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4308                 goto nopage;
4309
4310         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4311                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4312                 goto retry;
4313
4314         /*
4315          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4316          * reclaim is not able to make any progress because the current
4317          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4318          * of free memory (see __compaction_suitable)
4319          */
4320         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4321                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4322                                 compact_result, &compact_priority,
4323                                 &compaction_retries))
4324                 goto retry;
4325
4326
4327         /*
4328          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4329          * a unnecessary OOM kill.
4330          */
4331         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4332             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4333                 goto restart;
4334
4335         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4336         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4337         if (page)
4338                 goto got_pg;
4339
4340         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4341         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4342             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4343              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4344                 goto nopage;
4345
4346         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4347         if (did_some_progress) {
4348                 no_progress_loops = 0;
4349                 goto retry;
4350         }
4351
4352 nopage:
4353         /*
4354          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4355          * a unnecessary OOM kill.
4356          */
4357         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4358             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4359                 goto restart;
4360
4361         /*
4362          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4363          * we always retry
4364          */
4365         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4366                 /*
4367                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4368                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4369                  */
4370                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4371                         goto fail;
4372
4373                 /*
4374                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4375                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4376                  * for somebody to do a work for us
4377                  */
4378                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4379
4380                 /*
4381                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4382                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4383                  * so that we can identify them and convert them to something
4384                  * else.
4385                  */
4386                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4387
4388                 /*
4389                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4390                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4391                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4392                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4393                  * the situation worse.
4394                  */
4395                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4396                 if (page)
4397                         goto got_pg;
4398
4399                 cond_resched();
4400                 goto retry;
4401         }
4402 fail:
4403         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4404                         "page allocation failure: order:%u", order);
4405 got_pg:
4406         return page;
4407 }
4408
4409 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4410                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4411                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4412                 unsigned int *alloc_flags)
4413 {
4414         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4415         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4416         ac->nodemask = nodemask;
4417         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4418
4419         if (cpusets_enabled()) {
4420                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4421                 /*
4422                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4423                  * to the current task context. It means that any node ok.
4424                  */
4425                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4426                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4427                 else
4428                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4429         }
4430
4431         might_alloc(gfp_mask);
4432
4433         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4434                 return false;
4435
4436         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4437
4438         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4439         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4440
4441         /*
4442          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4443          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4444          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4445          */
4446         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4447                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4448
4449         return true;
4450 }
4451
4452 /*
4453  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4454  * @gfp: GFP flags for the allocation
4455  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4456  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4457  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4458  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4459  * @page_array: Optional array to store the pages
4460  *
4461  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4462  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4463  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4464  *
4465  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4466  *
4467  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4468  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4469  *
4470  * Returns the number of pages on the list or array.
4471  */
4472 unsigned long alloc_pages_bulk_noprof(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4473                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4474                         struct list_head *page_list,
4475                         struct page **page_array)
4476 {
4477         struct page *page;
4478         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4479         struct zone *zone;
4480         struct zoneref *z;
4481         struct per_cpu_pages *pcp;
4482         struct list_head *pcp_list;
4483         struct alloc_context ac;
4484         gfp_t alloc_gfp;
4485         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4486         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4487
4488         /*
4489          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4490          * to be allocated before disabling IRQs.
4491          */
4492         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4493                 nr_populated++;
4494
4495         /* No pages requested? */
4496         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4497                 goto out;
4498
4499         /* Already populated array? */
4500         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4501                 goto out;
4502
4503         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4504         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4505                 goto failed;
4506
4507         /* Use the single page allocator for one page. */
4508         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4509                 goto failed;
4510
4511 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4512         /*
4513          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4514          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4515          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4516          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4517          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4518          */
4519         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4520                 goto failed;
4521 #endif
4522
4523         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4524         gfp &= gfp_allowed_mask;
4525         alloc_gfp = gfp;
4526         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4527                 goto out;
4528         gfp = alloc_gfp;
4529
4530         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4531         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4532                 unsigned long mark;
4533
4534                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4535                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4536                         continue;
4537                 }
4538
4539                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4540                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4541                         goto failed;
4542                 }
4543
4544                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4545                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4546                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4547                                 alloc_flags, gfp)) {
4548                         break;
4549                 }
4550         }
4551
4552         /*
4553          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4554          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4555          */
4556         if (unlikely(!zone))
4557                 goto failed;
4558
4559         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4560         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4561         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4562         if (!pcp)
4563                 goto failed_irq;
4564
4565         /* Attempt the batch allocation */
4566         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4567         while (nr_populated < nr_pages) {
4568
4569                 /* Skip existing pages */
4570                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4571                         nr_populated++;
4572                         continue;
4573                 }
4574
4575                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4576                                                                 pcp, pcp_list);
4577                 if (unlikely(!page)) {
4578                         /* Try and allocate at least one page */
4579                         if (!nr_account) {
4580                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4581                                 goto failed_irq;
4582                         }
4583                         break;
4584                 }
4585                 nr_account++;
4586
4587                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4588                 if (page_list)
4589                         list_add(&page->lru, page_list);
4590                 else
4591                         page_array[nr_populated] = page;
4592                 nr_populated++;
4593         }
4594
4595         pcp_spin_unlock(pcp);
4596         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4597
4598         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4599         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4600
4601 out:
4602         return nr_populated;
4603
4604 failed_irq:
4605         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4606
4607 failed:
4608         page = __alloc_pages_noprof(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4609         if (page) {
4610                 if (page_list)
4611                         list_add(&page->lru, page_list);
4612                 else
4613                         page_array[nr_populated] = page;
4614                 nr_populated++;
4615         }
4616
4617         goto out;
4618 }
4619 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_pages_bulk_noprof);
4620
4621 /*
4622  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4623  */
4624 struct page *__alloc_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4625                                       int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4626 {
4627         struct page *page;
4628         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4629         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4630         struct alloc_context ac = { };
4631
4632         /*
4633          * There are several places where we assume that the order value is sane
4634          * so bail out early if the request is out of bound.
4635          */
4636         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4637                 return NULL;
4638
4639         gfp &= gfp_allowed_mask;
4640         /*
4641          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4642          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4643          * from a particular context which has been marked by
4644          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4645          * movable zones are not used during allocation.
4646          */
4647         gfp = current_gfp_context(gfp);
4648         alloc_gfp = gfp;
4649         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4650                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4651                 return NULL;
4652
4653         /*
4654          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4655          * memory until all local zones are considered.
4656          */
4657         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4658
4659         /* First allocation attempt */
4660         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4661         if (likely(page))
4662                 goto out;
4663
4664         alloc_gfp = gfp;
4665         ac.spread_dirty_pages = false;
4666
4667         /*
4668          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4669          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4670          */
4671         ac.nodemask = nodemask;
4672
4673         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4674
4675 out:
4676         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4677             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4678                 __free_pages(page, order);
4679                 page = NULL;
4680         }
4681
4682         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4683         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4684
4685         return page;
4686 }
4687 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_noprof);
4688
4689 struct folio *__folio_alloc_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4690                 nodemask_t *nodemask)
4691 {
4692         struct page *page = __alloc_pages_noprof(gfp | __GFP_COMP, order,
4693                                         preferred_nid, nodemask);
4694         return page_rmappable_folio(page);
4695 }
4696 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc_noprof);
4697
4698 /*
4699  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4700  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4701  * you need to access high mem.
4702  */
4703 unsigned long get_free_pages_noprof(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4704 {
4705         struct page *page;
4706
4707         page = alloc_pages_noprof(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4708         if (!page)
4709                 return 0;
4710         return (unsigned long) page_address(page);
4711 }
4712 EXPORT_SYMBOL(get_free_pages_noprof);
4713
4714 unsigned long get_zeroed_page_noprof(gfp_t gfp_mask)
4715 {
4716         return get_free_pages_noprof(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4717 }
4718 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page_noprof);
4719
4720 /**
4721  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4722  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4723  * @order: The order of the allocation.
4724  *
4725  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4726  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4727  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4728  * than was allocated will probably emit a warning.
4729  *
4730  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4731  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4732  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4733  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4734  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4735  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4736  *
4737  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4738  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4739  */
4740 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4741 {
4742         /* get PageHead before we drop reference */
4743         int head = PageHead(page);
4744         struct alloc_tag *tag = pgalloc_tag_get(page);
4745
4746         if (put_page_testzero(page))
4747                 free_unref_page(page, order);
4748         else if (!head) {
4749                 pgalloc_tag_sub_pages(tag, (1 << order) - 1);
4750                 while (order-- > 0)
4751                         free_unref_page(page + (1 << order), order);
4752         }
4753 }
4754 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4755
4756 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4757 {
4758         if (addr != 0) {
4759                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4760                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4761         }
4762 }
4763
4764 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4765
4766 /*
4767  * Page Fragment:
4768  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4769  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4770  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4771  *
4772  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4773  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4774  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4775  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4776  */
4777 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4778                                              gfp_t gfp_mask)
4779 {
4780         struct page *page = NULL;
4781         gfp_t gfp = gfp_mask;
4782
4783 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4784         gfp_mask = (gfp_mask & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) |  __GFP_COMP |
4785                    __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC;
4786         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4787                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4788         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4789 #endif
4790         if (unlikely(!page))
4791                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4792
4793         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4794
4795         return page;
4796 }
4797
4798 void page_frag_cache_drain(struct page_frag_cache *nc)
4799 {
4800         if (!nc->va)
4801                 return;
4802
4803         __page_frag_cache_drain(virt_to_head_page(nc->va), nc->pagecnt_bias);
4804         nc->va = NULL;
4805 }
4806 EXPORT_SYMBOL(page_frag_cache_drain);
4807
4808 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4809 {
4810         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4811
4812         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4813                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4814 }
4815 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4816
4817 void *__page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4818                               unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4819                               unsigned int align_mask)
4820 {
4821         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4822         struct page *page;
4823         int offset;
4824
4825         if (unlikely(!nc->va)) {
4826 refill:
4827                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4828                 if (!page)
4829                         return NULL;
4830
4831 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4832                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4833                 size = nc->size;
4834 #endif
4835                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4836                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4837                  */
4838                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4839
4840                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4841                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4842                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4843                 nc->offset = size;
4844         }
4845
4846         offset = nc->offset - fragsz;
4847         if (unlikely(offset < 0)) {
4848                 page = virt_to_page(nc->va);
4849
4850                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4851                         goto refill;
4852
4853                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4854                         free_unref_page(page, compound_order(page));
4855                         goto refill;
4856                 }
4857
4858 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4859                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4860                 size = nc->size;
4861 #endif
4862                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4863                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4864
4865                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4866                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4867                 offset = size - fragsz;
4868                 if (unlikely(offset < 0)) {
4869                         /*
4870                          * The caller is trying to allocate a fragment
4871                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4872                          * enough to satisfy the request, this may
4873                          * happen in low memory conditions.
4874                          * We don't release the cache page because
4875                          * it could make memory pressure worse
4876                          * so we simply return NULL here.
4877                          */
4878                         return NULL;
4879                 }
4880         }
4881
4882         nc->pagecnt_bias--;
4883         offset &= align_mask;
4884         nc->offset = offset;
4885
4886         return nc->va + offset;
4887 }
4888 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_alloc_align);
4889
4890 /*
4891  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4892  */
4893 void page_frag_free(void *addr)
4894 {
4895         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4896
4897         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4898                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4899 }
4900 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4901
4902 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4903                 size_t size)
4904 {
4905         if (addr) {
4906                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4907                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4908                 struct page *last = page + nr;
4909
4910                 split_page_owner(page, order, 0);
4911                 pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
4912                 split_page_memcg(page, order, 0);
4913                 while (page < --last)
4914                         set_page_refcounted(last);
4915
4916                 last = page + (1UL << order);
4917                 for (page += nr; page < last; page++)
4918                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4919         }
4920         return (void *)addr;
4921 }
4922
4923 /**
4924  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4925  * @size: the number of bytes to allocate
4926  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4927  *
4928  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4929  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4930  * allocate memory in power-of-two pages.
4931  *
4932  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4933  *
4934  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4935  *
4936  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4937  */
4938 void *alloc_pages_exact_noprof(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4939 {
4940         unsigned int order = get_order(size);
4941         unsigned long addr;
4942
4943         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4944                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4945
4946         addr = get_free_pages_noprof(gfp_mask, order);
4947         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4948 }
4949 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_noprof);
4950
4951 /**
4952  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4953  *                         pages on a node.
4954  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4955  * @size: the number of bytes to allocate
4956  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4957  *
4958  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4959  * back.
4960  *
4961  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4962  */
4963 void * __meminit alloc_pages_exact_nid_noprof(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4964 {
4965         unsigned int order = get_order(size);
4966         struct page *p;
4967
4968         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4969                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4970
4971         p = alloc_pages_node_noprof(nid, gfp_mask, order);
4972         if (!p)
4973                 return NULL;
4974         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4975 }
4976
4977 /**
4978  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4979  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4980  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4981  *
4982  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4983  */
4984 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4985 {
4986         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4987         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4988
4989         while (addr < end) {
4990                 free_page(addr);
4991                 addr += PAGE_SIZE;
4992         }
4993 }
4994 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4995
4996 /**
4997  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4998  * @offset: The zone index of the highest zone
4999  *
5000  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5001  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5002  * zone, the number of pages is calculated as:
5003  *
5004  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5005  *
5006  * Return: number of pages beyond high watermark.
5007  */
5008 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5009 {
5010         struct zoneref *z;
5011         struct zone *zone;
5012
5013         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5014         unsigned long sum = 0;
5015
5016         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5017
5018         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5019                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5020                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5021                 if (size > high)
5022                         sum += size - high;
5023         }
5024
5025         return sum;
5026 }
5027
5028 /**
5029  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5030  *
5031  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5032  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5033  *
5034  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5035  * ZONE_NORMAL.
5036  */
5037 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5038 {
5039         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5040 }
5041 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5042
5043 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5044 {
5045         zoneref->zone = zone;
5046         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5047 }
5048
5049 /*
5050  * Builds allocation fallback zone lists.
5051  *
5052  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5053  */
5054 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5055 {
5056         struct zone *zone;
5057         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5058         int nr_zones = 0;
5059
5060         do {
5061                 zone_type--;
5062                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5063                 if (populated_zone(zone)) {
5064                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5065                         check_highest_zone(zone_type);
5066                 }
5067         } while (zone_type);
5068
5069         return nr_zones;
5070 }
5071
5072 #ifdef CONFIG_NUMA
5073
5074 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5075 {
5076         /*
5077          * We used to support different zonelists modes but they turned
5078          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5079          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5080          * not fail it silently
5081          */
5082         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5083                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5084                 return -EINVAL;
5085         }
5086         return 0;
5087 }
5088
5089 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5090 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5091 /*
5092  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5093  */
5094 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5095                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5096 {
5097         if (write)
5098                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5099         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5100 }
5101
5102 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5103
5104 /**
5105  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5106  * @node: node whose fallback list we're appending
5107  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5108  *
5109  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5110  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5111  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5112  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5113  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5114  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5115  * on them otherwise.
5116  *
5117  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5118  */
5119 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5120 {
5121         int n, val;
5122         int min_val = INT_MAX;
5123         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5124
5125         /*
5126          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5127          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5128          */
5129         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5130                 node_set(node, *used_node_mask);
5131                 return node;
5132         }
5133
5134         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5135
5136                 /* Don't want a node to appear more than once */
5137                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5138                         continue;
5139
5140                 /* Use the distance array to find the distance */
5141                 val = node_distance(node, n);
5142
5143                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5144                 val += (n < node);
5145
5146                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5147                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5148                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5149
5150                 /* Slight preference for less loaded node */
5151                 val *= MAX_NUMNODES;
5152                 val += node_load[n];
5153
5154                 if (val < min_val) {
5155                         min_val = val;
5156                         best_node = n;
5157                 }
5158         }
5159
5160         if (best_node >= 0)
5161                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5162
5163         return best_node;
5164 }
5165
5166
5167 /*
5168  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5169  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5170  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5171  */
5172 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5173                 unsigned nr_nodes)
5174 {
5175         struct zoneref *zonerefs;
5176         int i;
5177
5178         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5179
5180         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5181                 int nr_zones;
5182
5183                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5184
5185                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5186                 zonerefs += nr_zones;
5187         }
5188         zonerefs->zone = NULL;
5189         zonerefs->zone_idx = 0;
5190 }
5191
5192 /*
5193  * Build gfp_thisnode zonelists
5194  */
5195 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5196 {
5197         struct zoneref *zonerefs;
5198         int nr_zones;
5199
5200         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5201         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5202         zonerefs += nr_zones;
5203         zonerefs->zone = NULL;
5204         zonerefs->zone_idx = 0;
5205 }
5206
5207 /*
5208  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5209  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5210  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5211  * may still exist in local DMA zone.
5212  */
5213
5214 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5215 {
5216         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5217         int node, nr_nodes = 0;
5218         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5219         int local_node, prev_node;
5220
5221         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5222         local_node = pgdat->node_id;
5223         prev_node = local_node;
5224
5225         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5226         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5227                 /*
5228                  * We don't want to pressure a particular node.
5229                  * So adding penalty to the first node in same
5230                  * distance group to make it round-robin.
5231                  */
5232                 if (node_distance(local_node, node) !=
5233                     node_distance(local_node, prev_node))
5234                         node_load[node] += 1;
5235
5236                 node_order[nr_nodes++] = node;
5237                 prev_node = node;
5238         }
5239
5240         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5241         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5242         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5243         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5244                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5245         pr_cont("\n");
5246 }
5247
5248 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5249 /*
5250  * Return node id of node used for "local" allocations.
5251  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5252  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5253  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5254  */
5255 int local_memory_node(int node)
5256 {
5257         struct zoneref *z;
5258
5259         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5260                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5261                                    NULL);
5262         return zone_to_nid(z->zone);
5263 }
5264 #endif
5265
5266 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5267 static void setup_min_slab_ratio(void);
5268 #else   /* CONFIG_NUMA */
5269
5270 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5271 {
5272         struct zoneref *zonerefs;
5273         int nr_zones;
5274
5275         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5276         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5277         zonerefs += nr_zones;
5278
5279         zonerefs->zone = NULL;
5280         zonerefs->zone_idx = 0;
5281 }
5282
5283 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5284
5285 /*
5286  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5287  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5288  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5289  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5290  * with interrupts disabled.
5291  *
5292  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5293  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5294  * hotplugged processors.
5295  *
5296  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5297  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5298  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5299  */
5300 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5301 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5302 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5303 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5304 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5305 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5306
5307 static void __build_all_zonelists(void *data)
5308 {
5309         int nid;
5310         int __maybe_unused cpu;
5311         pg_data_t *self = data;
5312         unsigned long flags;
5313
5314         /*
5315          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5316          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5317          */
5318         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5319         /*
5320          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5321          * trying to hold port->lock, for
5322          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5323          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5324          */
5325         printk_deferred_enter();
5326
5327 #ifdef CONFIG_NUMA
5328         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5329 #endif
5330
5331         /*
5332          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5333          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5334          */
5335         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5336                 build_zonelists(self);
5337         } else {
5338                 /*
5339                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5340                  * in free_area_init
5341                  */
5342                 for_each_node(nid) {
5343                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5344
5345                         build_zonelists(pgdat);
5346                 }
5347
5348 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5349                 /*
5350                  * We now know the "local memory node" for each node--
5351                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5352                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5353                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5354                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5355                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5356                  */
5357                 for_each_online_cpu(cpu)
5358                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5359 #endif
5360         }
5361
5362         printk_deferred_exit();
5363         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5364 }
5365
5366 static noinline void __init
5367 build_all_zonelists_init(void)
5368 {
5369         int cpu;
5370
5371         __build_all_zonelists(NULL);
5372
5373         /*
5374          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5375          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5376          * each zone will be allocated later when the per cpu
5377          * allocator is available.
5378          *
5379          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5380          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5381          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5382          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5383          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5384          * (a chicken-egg dilemma).
5385          */
5386         for_each_possible_cpu(cpu)
5387                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5388
5389         mminit_verify_zonelist();
5390         cpuset_init_current_mems_allowed();
5391 }
5392
5393 /*
5394  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5395  *
5396  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5397  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5398  */
5399 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5400 {
5401         unsigned long vm_total_pages;
5402
5403         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5404                 build_all_zonelists_init();
5405         } else {
5406                 __build_all_zonelists(pgdat);
5407                 /* cpuset refresh routine should be here */
5408         }
5409         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5410         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5411         /*
5412          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5413          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5414          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5415          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5416          * disabled and enable it later
5417          */
5418         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5419                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5420         else
5421                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5422
5423         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5424                 nr_online_nodes,
5425                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5426                 vm_total_pages);
5427 #ifdef CONFIG_NUMA
5428         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5429 #endif
5430 }
5431
5432 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5433 {
5434 #ifdef CONFIG_MMU
5435         int batch;
5436
5437         /*
5438          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5439          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5440          * size is striking a balance between allocation latency
5441          * and zone lock contention.
5442          */
5443         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5444         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5445         if (batch < 1)
5446                 batch = 1;
5447
5448         /*
5449          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5450          * of 2 value was found to be more likely to have
5451          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5452          *
5453          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5454          * batches of pages, one task can end up with a lot
5455          * of pages of one half of the possible page colors
5456          * and the other with pages of the other colors.
5457          */
5458         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5459
5460         return batch;
5461
5462 #else
5463         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5464          * conditions.
5465          *
5466          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5467          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5468          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5469          *
5470          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5471          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5472          * can be a significant delay between the individual batches being
5473          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5474          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5475          */
5476         return 0;
5477 #endif
5478 }
5479
5480 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5481 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5482                          int high_fraction)
5483 {
5484 #ifdef CONFIG_MMU
5485         int high;
5486         int nr_split_cpus;
5487         unsigned long total_pages;
5488
5489         if (!high_fraction) {
5490                 /*
5491                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5492                  * low watermark so that if they are full then background
5493                  * reclaim will not be started prematurely.
5494                  */
5495                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5496         } else {
5497                 /*
5498                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5499                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5500                  * zone.
5501                  */
5502                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5503         }
5504
5505         /*
5506          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5507          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5508          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5509          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5510          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5511          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5512          */
5513         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5514         if (!nr_split_cpus)
5515                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5516         high = total_pages / nr_split_cpus;
5517
5518         /*
5519          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5520          * historical relationship between high and batch.
5521          */
5522         high = max(high, batch << 2);
5523
5524         return high;
5525 #else
5526         return 0;
5527 #endif
5528 }
5529
5530 /*
5531  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5532  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5533  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5534  *
5535  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5536  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5537  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5538  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5539  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5540  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5541  * disabled.
5542  *
5543  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5544  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5545  * exist).
5546  */
5547 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5548                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5549 {
5550         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5551         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5552         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5553 }
5554
5555 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5556 {
5557         int pindex;
5558
5559         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5560         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5561
5562         spin_lock_init(&pcp->lock);
5563         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5564                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5565
5566         /*
5567          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5568          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5569          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5570          * pageset yet.
5571          */
5572         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5573         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5574         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5575         pcp->free_count = 0;
5576 }
5577
5578 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5579                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5580 {
5581         struct per_cpu_pages *pcp;
5582         int cpu;
5583
5584         for_each_possible_cpu(cpu) {
5585                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5586                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5587         }
5588 }
5589
5590 /*
5591  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5592  * zone based on the zone's size.
5593  */
5594 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5595 {
5596         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5597
5598         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5599         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5600                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5601                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5602                 /*
5603                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5604                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5605                  */
5606                 new_high_max = new_high_min;
5607         } else {
5608                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5609                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5610                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5611         }
5612
5613         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5614             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5615             zone->pageset_batch == new_batch)
5616                 return;
5617
5618         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5619         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5620         zone->pageset_batch = new_batch;
5621
5622         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5623                                           new_batch);
5624 }
5625
5626 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5627 {
5628         int cpu;
5629
5630         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5631         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5632                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5633
5634         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5635         for_each_possible_cpu(cpu) {
5636                 struct per_cpu_pages *pcp;
5637                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5638
5639                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5640                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5641                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5642         }
5643
5644         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5645 }
5646
5647 /*
5648  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5649  * page high values need to be recalculated.
5650  */
5651 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5652 {
5653         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5654         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5655         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5656 }
5657
5658 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5659 {
5660         struct per_cpu_pages *pcp;
5661         struct cpu_cacheinfo *cci;
5662
5663         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5664         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5665         /*
5666          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5667          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5668          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5669          * This can reduce zone lock contention without hurting
5670          * cache-hot pages sharing.
5671          */
5672         spin_lock(&pcp->lock);
5673         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5674                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5675         else
5676                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5677         spin_unlock(&pcp->lock);
5678 }
5679
5680 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5681 {
5682         struct zone *zone;
5683
5684         for_each_populated_zone(zone)
5685                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5686 }
5687
5688 /*
5689  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5690  * Before this call only boot pagesets were available.
5691  */
5692 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5693 {
5694         struct pglist_data *pgdat;
5695         struct zone *zone;
5696         int __maybe_unused cpu;
5697
5698         for_each_populated_zone(zone)
5699                 setup_zone_pageset(zone);
5700
5701 #ifdef CONFIG_NUMA
5702         /*
5703          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5704          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5705          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5706          * the nodes these zones are associated with.
5707          */
5708         for_each_possible_cpu(cpu) {
5709                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5710                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5711                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5712         }
5713 #endif
5714
5715         for_each_online_pgdat(pgdat)
5716                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5717                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5718 }
5719
5720 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5721 {
5722         /*
5723          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5724          * relies on the ability of the linker to provide the
5725          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5726          */
5727         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5728         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5729         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5730         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5731         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5732
5733         if (populated_zone(zone))
5734                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5735                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5736 }
5737
5738 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5739 {
5740         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5741         totalram_pages_add(count);
5742 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5743         if (PageHighMem(page))
5744                 totalhigh_pages_add(count);
5745 #endif
5746 }
5747 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5748
5749 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5750 {
5751         void *pos;
5752         unsigned long pages = 0;
5753
5754         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5755         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5756         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5757                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5758                 void *direct_map_addr;
5759
5760                 /*
5761                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5762                  * because some architectures' virt_to_page()
5763                  * work with aliases.  Getting the direct map
5764                  * address ensures that we get a _writeable_
5765                  * alias for the memset().
5766                  */
5767                 direct_map_addr = page_address(page);
5768                 /*
5769                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5770                  * has not been initialized.
5771                  */
5772                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5773                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5774                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5775
5776                 free_reserved_page(page);
5777         }
5778
5779         if (pages && s)
5780                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5781
5782         return pages;
5783 }
5784
5785 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5786 {
5787         struct zone *zone;
5788
5789         lru_add_drain_cpu(cpu);
5790         mlock_drain_remote(cpu);
5791         drain_pages(cpu);
5792
5793         /*
5794          * Spill the event counters of the dead processor
5795          * into the current processors event counters.
5796          * This artificially elevates the count of the current
5797          * processor.
5798          */
5799         vm_events_fold_cpu(cpu);
5800
5801         /*
5802          * Zero the differential counters of the dead processor
5803          * so that the vm statistics are consistent.
5804          *
5805          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5806          * race with what we are doing.
5807          */
5808         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5809
5810         for_each_populated_zone(zone)
5811                 zone_pcp_update(zone, 0);
5812
5813         return 0;
5814 }
5815
5816 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5817 {
5818         struct zone *zone;
5819
5820         for_each_populated_zone(zone)
5821                 zone_pcp_update(zone, 1);
5822         return 0;
5823 }
5824
5825 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5826 {
5827         int ret;
5828
5829         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5830                                         "mm/page_alloc:pcp",
5831                                         page_alloc_cpu_online,
5832                                         page_alloc_cpu_dead);
5833         WARN_ON(ret < 0);
5834 }
5835
5836 /*
5837  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5838  *      or min_free_kbytes changes.
5839  */
5840 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5841 {
5842         struct pglist_data *pgdat;
5843         unsigned long reserve_pages = 0;
5844         enum zone_type i, j;
5845
5846         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5847
5848                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5849
5850                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5851                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5852                         long max = 0;
5853                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5854
5855                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5856                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5857                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5858                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5859                         }
5860
5861                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5862                         max += high_wmark_pages(zone);
5863
5864                         if (max > managed_pages)
5865                                 max = managed_pages;
5866
5867                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5868
5869                         reserve_pages += max;
5870                 }
5871         }
5872         totalreserve_pages = reserve_pages;
5873 }
5874
5875 /*
5876  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5877  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5878  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5879  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5880  */
5881 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5882 {
5883         struct pglist_data *pgdat;
5884         enum zone_type i, j;
5885
5886         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5887                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5888                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5889                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5890                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5891                         unsigned long managed_pages = 0;
5892
5893                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5894                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5895                                 bool empty = !zone_managed_pages(upper_zone);
5896
5897                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5898
5899                                 if (clear || empty)
5900                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5901                                 else
5902                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5903                         }
5904                 }
5905         }
5906
5907         /* update totalreserve_pages */
5908         calculate_totalreserve_pages();
5909 }
5910
5911 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5912 {
5913         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5914         unsigned long lowmem_pages = 0;
5915         struct zone *zone;
5916         unsigned long flags;
5917
5918         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5919         for_each_zone(zone) {
5920                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5921                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5922         }
5923
5924         for_each_zone(zone) {
5925                 u64 tmp;
5926
5927                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5928                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5929                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
5930                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5931                         /*
5932                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5933                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5934                          * to a small  value here.
5935                          *
5936                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5937                          * deltas control async page reclaim, and so should
5938                          * not be capped for highmem and movable zones.
5939                          */
5940                         unsigned long min_pages;
5941
5942                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5943                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5944                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5945                 } else {
5946                         /*
5947                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5948                          * proportionate to the zone's size.
5949                          */
5950                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5951                 }
5952
5953                 /*
5954                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5955                  * scale factor in proportion to available memory, but
5956                  * ensure a minimum size on small systems.
5957                  */
5958                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5959                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5960                                       watermark_scale_factor, 10000));
5961
5962                 zone->watermark_boost = 0;
5963                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5964                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5965                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5966
5967                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5968         }
5969
5970         /* update totalreserve_pages */
5971         calculate_totalreserve_pages();
5972 }
5973
5974 /**
5975  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5976  * or when memory is hot-{added|removed}
5977  *
5978  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5979  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5980  */
5981 void setup_per_zone_wmarks(void)
5982 {
5983         struct zone *zone;
5984         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5985
5986         spin_lock(&lock);
5987         __setup_per_zone_wmarks();
5988         spin_unlock(&lock);
5989
5990         /*
5991          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5992          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5993          */
5994         for_each_zone(zone)
5995                 zone_pcp_update(zone, 0);
5996 }
5997
5998 /*
5999  * Initialise min_free_kbytes.
6000  *
6001  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6002  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6003  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6004  *
6005  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6006  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6007  *
6008  * which yields
6009  *
6010  * 16MB:        512k
6011  * 32MB:        724k
6012  * 64MB:        1024k
6013  * 128MB:       1448k
6014  * 256MB:       2048k
6015  * 512MB:       2896k
6016  * 1024MB:      4096k
6017  * 2048MB:      5792k
6018  * 4096MB:      8192k
6019  * 8192MB:      11584k
6020  * 16384MB:     16384k
6021  */
6022 void calculate_min_free_kbytes(void)
6023 {
6024         unsigned long lowmem_kbytes;
6025         int new_min_free_kbytes;
6026
6027         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6028         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6029
6030         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6031                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6032         else
6033                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6034                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6035
6036 }
6037
6038 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6039 {
6040         calculate_min_free_kbytes();
6041         setup_per_zone_wmarks();
6042         refresh_zone_stat_thresholds();
6043         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6044
6045 #ifdef CONFIG_NUMA
6046         setup_min_unmapped_ratio();
6047         setup_min_slab_ratio();
6048 #endif
6049
6050         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6051
6052         return 0;
6053 }
6054 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6055
6056 /*
6057  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6058  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6059  *      changes.
6060  */
6061 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6062                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6063 {
6064         int rc;
6065
6066         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6067         if (rc)
6068                 return rc;
6069
6070         if (write) {
6071                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6072                 setup_per_zone_wmarks();
6073         }
6074         return 0;
6075 }
6076
6077 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6078                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6079 {
6080         int rc;
6081
6082         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6083         if (rc)
6084                 return rc;
6085
6086         if (write)
6087                 setup_per_zone_wmarks();
6088
6089         return 0;
6090 }
6091
6092 #ifdef CONFIG_NUMA
6093 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6094 {
6095         pg_data_t *pgdat;
6096         struct zone *zone;
6097
6098         for_each_online_pgdat(pgdat)
6099                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6100
6101         for_each_zone(zone)
6102                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6103                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6104 }
6105
6106
6107 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6108                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6109 {
6110         int rc;
6111
6112         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6113         if (rc)
6114                 return rc;
6115
6116         setup_min_unmapped_ratio();
6117
6118         return 0;
6119 }
6120
6121 static void setup_min_slab_ratio(void)
6122 {
6123         pg_data_t *pgdat;
6124         struct zone *zone;
6125
6126         for_each_online_pgdat(pgdat)
6127                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6128
6129         for_each_zone(zone)
6130                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6131                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6132 }
6133
6134 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6135                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6136 {
6137         int rc;
6138
6139         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6140         if (rc)
6141                 return rc;
6142
6143         setup_min_slab_ratio();
6144
6145         return 0;
6146 }
6147 #endif
6148
6149 /*
6150  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6151  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6152  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6153  *
6154  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6155  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6156  * if in function of the boot time zone sizes.
6157  */
6158 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6159                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6160 {
6161         int i;
6162
6163         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6164
6165         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6166                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6167                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6168         }
6169
6170         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6171         return 0;
6172 }
6173
6174 /*
6175  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6176  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6177  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6178  */
6179 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6180                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6181 {
6182         struct zone *zone;
6183         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6184         int ret;
6185
6186         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6187         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6188
6189         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6190         if (!write || ret < 0)
6191                 goto out;
6192
6193         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6194         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6195             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6196                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6197                 ret = -EINVAL;
6198                 goto out;
6199         }
6200
6201         /* No change? */
6202         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6203                 goto out;
6204
6205         for_each_populated_zone(zone)
6206                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6207 out:
6208         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6209         return ret;
6210 }
6211
6212 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6213         {
6214                 .procname       = "min_free_kbytes",
6215                 .data           = &min_free_kbytes,
6216                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6217                 .mode           = 0644,
6218                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6219                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6220         },
6221         {
6222                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6223                 .data           = &watermark_boost_factor,
6224                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6225                 .mode           = 0644,
6226                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6227                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6228         },
6229         {
6230                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6231                 .data           = &watermark_scale_factor,
6232                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6233                 .mode           = 0644,
6234                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6235                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6236                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6237         },
6238         {
6239                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6240                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6241                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6242                 .mode           = 0644,
6243                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6244                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6245         },
6246         {
6247                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6248                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6249                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6250                 .mode           = 0644,
6251                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6252         },
6253 #ifdef CONFIG_NUMA
6254         {
6255                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6256                 .data           = &numa_zonelist_order,
6257                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6258                 .mode           = 0644,
6259                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6260         },
6261         {
6262                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6263                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6264                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6265                 .mode           = 0644,
6266                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6267                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6268                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6269         },
6270         {
6271                 .procname       = "min_slab_ratio",
6272                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6273                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6274                 .mode           = 0644,
6275                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6276                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6277                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6278         },
6279 #endif
6280 };
6281
6282 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6283 {
6284         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6285 }
6286
6287 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6288 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6289 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6290 {
6291         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6292
6293         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6294                 struct page *page;
6295
6296                 dump_stack();
6297                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6298                         dump_page(page, "migration failure");
6299         }
6300 }
6301
6302 /*
6303  * [start, end) must belong to a single zone.
6304  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6305  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6306  */
6307 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6308                                         unsigned long start, unsigned long end,
6309                                         int migratetype)
6310 {
6311         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6312         unsigned int nr_reclaimed;
6313         unsigned long pfn = start;
6314         unsigned int tries = 0;
6315         int ret = 0;
6316         struct migration_target_control mtc = {
6317                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6318                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6319                 .reason = MR_CONTIG_RANGE,
6320         };
6321         struct page *page;
6322         unsigned long total_mapped = 0;
6323         unsigned long total_migrated = 0;
6324         unsigned long total_reclaimed = 0;
6325
6326         lru_cache_disable();
6327
6328         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6329                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6330                         ret = -EINTR;
6331                         break;
6332                 }
6333
6334                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6335                         cc->nr_migratepages = 0;
6336                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6337                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6338                                 break;
6339                         pfn = cc->migrate_pfn;
6340                         tries = 0;
6341                 } else if (++tries == 5) {
6342                         ret = -EBUSY;
6343                         break;
6344                 }
6345
6346                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6347                                                         &cc->migratepages);
6348                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6349
6350                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6351                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6352                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
6353                                 struct folio *folio = page_folio(page);
6354
6355                                 total_mapped += folio_mapped(folio) *
6356                                                 folio_nr_pages(folio);
6357                         }
6358                 }
6359
6360                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6361                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6362
6363                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6364                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6365
6366                 /*
6367                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6368                  * to retry again over this error, so do the same here.
6369                  */
6370                 if (ret == -ENOMEM)
6371                         break;
6372         }
6373
6374         lru_cache_enable();
6375         if (ret < 0) {
6376                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6377                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6378                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6379         }
6380
6381         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6382                                                  total_migrated,
6383                                                  total_reclaimed,
6384                                                  total_mapped);
6385         return (ret < 0) ? ret : 0;
6386 }
6387
6388 /**
6389  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6390  * @start:      start PFN to allocate
6391  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6392  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6393  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6394  *                      in range must have the same migratetype and it must
6395  *                      be either of the two.
6396  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6397  *
6398  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6399  * belong to a single zone.
6400  *
6401  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6402  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6403  * be modified by others.
6404  *
6405  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6406  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6407  * need to be freed with free_contig_range().
6408  */
6409 int alloc_contig_range_noprof(unsigned long start, unsigned long end,
6410                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6411 {
6412         unsigned long outer_start, outer_end;
6413         int ret = 0;
6414
6415         struct compact_control cc = {
6416                 .nr_migratepages = 0,
6417                 .order = -1,
6418                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6419                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6420                 .ignore_skip_hint = true,
6421                 .no_set_skip_hint = true,
6422                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6423                 .alloc_contig = true,
6424         };
6425         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6426
6427         /*
6428          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6429          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6430          * have different sizes, and due to the way page allocator
6431          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6432          *
6433          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6434          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6435          * we are interested in). This will put all the pages in
6436          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6437          *
6438          * When this is done, we take the pages in range from page
6439          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6440          * page allocator will never consider using them.
6441          *
6442          * This lets us mark the pageblocks back as
6443          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6444          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6445          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6446          */
6447
6448         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6449         if (ret)
6450                 goto done;
6451
6452         drain_all_pages(cc.zone);
6453
6454         /*
6455          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6456          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6457          * which will report the busy page.
6458          *
6459          * It is possible that busy pages could become available before
6460          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6461          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6462          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6463          */
6464         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6465         if (ret && ret != -EBUSY)
6466                 goto done;
6467         ret = 0;
6468
6469         /*
6470          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6471          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6472          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6473          * What we are going to do is to allocate all pages from
6474          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6475          *
6476          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6477          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6478          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6479          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6480          * once this is done free the pages we are not interested in.
6481          *
6482          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6483          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6484          */
6485         outer_start = find_large_buddy(start);
6486
6487         /* Make sure the range is really isolated. */
6488         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6489                 ret = -EBUSY;
6490                 goto done;
6491         }
6492
6493         /* Grab isolated pages from freelists. */
6494         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6495         if (!outer_end) {
6496                 ret = -EBUSY;
6497                 goto done;
6498         }
6499
6500         /* Free head and tail (if any) */
6501         if (start != outer_start)
6502                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6503         if (end != outer_end)
6504                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6505
6506 done:
6507         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6508         return ret;
6509 }
6510 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range_noprof);
6511
6512 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6513                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6514 {
6515         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6516
6517         return alloc_contig_range_noprof(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6518                                    gfp_mask);
6519 }
6520
6521 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6522                                    unsigned long nr_pages)
6523 {
6524         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6525         struct page *page;
6526
6527         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6528                 page = pfn_to_online_page(i);
6529                 if (!page)
6530                         return false;
6531
6532                 if (page_zone(page) != z)
6533                         return false;
6534
6535                 if (PageReserved(page))
6536                         return false;
6537
6538                 if (PageHuge(page))
6539                         return false;
6540         }
6541         return true;
6542 }
6543
6544 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6545                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6546 {
6547         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6548
6549         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6550 }
6551
6552 /**
6553  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6554  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6555  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6556  * @nid:        Target node
6557  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6558  *
6559  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6560  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6561  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6562  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6563  *
6564  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6565  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6566  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6567  *
6568  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6569  * __free_page() on each allocated page.
6570  *
6571  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6572  */
6573 struct page *alloc_contig_pages_noprof(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6574                                  int nid, nodemask_t *nodemask)
6575 {
6576         unsigned long ret, pfn, flags;
6577         struct zonelist *zonelist;
6578         struct zone *zone;
6579         struct zoneref *z;
6580
6581         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6582         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6583                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6584                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6585
6586                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6587                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6588                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6589                                 /*
6590                                  * We release the zone lock here because
6591                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6592                                  * at some point. If there's an allocation
6593                                  * spinning on this lock, it may win the race
6594                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6595                                  */
6596                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6597                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6598                                                         gfp_mask);
6599                                 if (!ret)
6600                                         return pfn_to_page(pfn);
6601                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6602                         }
6603                         pfn += nr_pages;
6604                 }
6605                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6606         }
6607         return NULL;
6608 }
6609 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6610
6611 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6612 {
6613         unsigned long count = 0;
6614
6615         for (; nr_pages--; pfn++) {
6616                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6617
6618                 count += page_count(page) != 1;
6619                 __free_page(page);
6620         }
6621         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6622 }
6623 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6624
6625 /*
6626  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6627  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6628  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6629  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6630  *
6631  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6632  */
6633 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6634 {
6635         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6636         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6637         __drain_all_pages(zone, true);
6638 }
6639
6640 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6641 {
6642         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6643                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6644         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6645 }
6646
6647 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6648 {
6649         int cpu;
6650         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6651
6652         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6653                 for_each_online_cpu(cpu) {
6654                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6655                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6656                 }
6657                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6658                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6659                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6660                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6661                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6662                 }
6663         }
6664 }
6665
6666 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6667 /*
6668  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6669  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6670  */
6671 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6672 {
6673         unsigned long pfn = start_pfn;
6674         struct page *page;
6675         struct zone *zone;
6676         unsigned int order;
6677         unsigned long flags;
6678
6679         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6680         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6681         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6682         while (pfn < end_pfn) {
6683                 page = pfn_to_page(pfn);
6684                 /*
6685                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6686                  * page_count() is not 0.
6687                  */
6688                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6689                         pfn++;
6690                         continue;
6691                 }
6692                 /*
6693                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6694                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6695                  */
6696                 if (PageOffline(page)) {
6697                         BUG_ON(page_count(page));
6698                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6699                         pfn++;
6700                         continue;
6701                 }
6702
6703                 BUG_ON(page_count(page));
6704                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6705                 VM_WARN_ON(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE);
6706                 order = buddy_order(page);
6707                 del_page_from_free_list(page, zone, order, MIGRATE_ISOLATE);
6708                 pfn += (1 << order);
6709         }
6710         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6711 }
6712 #endif
6713
6714 /*
6715  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6716  */
6717 bool is_free_buddy_page(const struct page *page)
6718 {
6719         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6720         unsigned int order;
6721
6722         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6723                 const struct page *head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6724
6725                 if (PageBuddy(head) &&
6726                     buddy_order_unsafe(head) >= order)
6727                         break;
6728         }
6729
6730         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6731 }
6732 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6733
6734 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6735 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
6736                                     unsigned int order, int migratetype,
6737                                     bool tail)
6738 {
6739         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, tail);
6740         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
6741 }
6742
6743 /*
6744  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6745  * buddy allocator.
6746  */
6747 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6748                                    struct page *target, int low, int high,
6749                                    int migratetype)
6750 {
6751         unsigned long size = 1 << high;
6752         struct page *current_buddy;
6753
6754         while (high > low) {
6755                 high--;
6756                 size >>= 1;
6757
6758                 if (target >= &page[size]) {
6759                         current_buddy = page;
6760                         page = page + size;
6761                 } else {
6762                         current_buddy = page + size;
6763                 }
6764
6765                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high))
6766                         continue;
6767
6768                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype, false);
6769                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6770         }
6771 }
6772
6773 /*
6774  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6775  */
6776 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6777 {
6778         struct zone *zone = page_zone(page);
6779         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6780         unsigned long flags;
6781         unsigned int order;
6782         bool ret = false;
6783
6784         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6785         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6786                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6787                 int page_order = buddy_order(page_head);
6788
6789                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6790                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6791                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6792                                                                    pfn_head);
6793
6794                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order,
6795                                                 migratetype);
6796                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6797                                                 page_order, migratetype);
6798                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6799                         ret = true;
6800                         break;
6801                 }
6802                 if (page_count(page_head) > 0)
6803                         break;
6804         }
6805         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6806         return ret;
6807 }
6808
6809 /*
6810  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6811  */
6812 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6813 {
6814         struct zone *zone = page_zone(page);
6815         unsigned long flags;
6816         bool ret = false;
6817
6818         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6819         if (put_page_testzero(page)) {
6820                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6821                 int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6822
6823                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6824                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6825                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6826                         ret = true;
6827                 }
6828         }
6829         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6830
6831         return ret;
6832 }
6833 #endif
6834
6835 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6836 bool has_managed_dma(void)
6837 {
6838         struct pglist_data *pgdat;
6839
6840         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6841                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6842
6843                 if (managed_zone(zone))
6844                         return true;
6845         }
6846         return false;
6847 }
6848 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6849
6850 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6851
6852 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6853 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6854
6855 static bool lazy_accept = true;
6856
6857 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6858 {
6859         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6860                 lazy_accept = true;
6861                 return 0;
6862         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6863                 lazy_accept = false;
6864                 return 0;
6865         } else {
6866                 return -EINVAL;
6867         }
6868 }
6869 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6870
6871 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6872 {
6873         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6874         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6875
6876         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6877 }
6878
6879 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6880 {
6881         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6882
6883         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6884 }
6885
6886 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6887 {
6888         unsigned long flags;
6889         struct page *page;
6890         bool last;
6891
6892         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6893                 return false;
6894
6895         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6896         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6897                                         struct page, lru);
6898         if (!page) {
6899                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6900                 return false;
6901         }
6902
6903         list_del(&page->lru);
6904         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6905
6906         account_freepages(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6907         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6908         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6909
6910         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6911
6912         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6913
6914         if (last)
6915                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6916
6917         return true;
6918 }
6919
6920 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6921 {
6922         long to_accept;
6923         int ret = false;
6924
6925         /* How much to accept to get to high watermark? */
6926         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6927                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6928                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6929
6930         /* Accept at least one page */
6931         do {
6932                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6933                         break;
6934                 ret = true;
6935                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6936         } while (to_accept > 0);
6937
6938         return ret;
6939 }
6940
6941 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6942 {
6943         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6944 }
6945
6946 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6947 {
6948         struct zone *zone = page_zone(page);
6949         unsigned long flags;
6950         bool first = false;
6951
6952         if (!lazy_accept)
6953                 return false;
6954
6955         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6956         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6957         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6958         account_freepages(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6959         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6960         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6961
6962         if (first)
6963                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6964
6965         return true;
6966 }
6967
6968 #else
6969
6970 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6971 {
6972         return false;
6973 }
6974
6975 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6976 {
6977 }
6978
6979 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6980 {
6981         return false;
6982 }
6983
6984 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6985 {
6986         return false;
6987 }
6988
6989 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6990 {
6991         BUILD_BUG();
6992         return false;
6993 }
6994
6995 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */