mm: inline destroy_large_folio() into __folio_put_large()
[linux-2.6-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          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
600          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
601          * have trouble finding a high-order free page.
602          */
603         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
604                 return false;
605
606         capc->page = page;
607         return true;
608 }
609
610 #else
611 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
612 {
613         return NULL;
614 }
615
616 static inline bool
617 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
618                    int order, int migratetype)
619 {
620         return false;
621 }
622 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
623
624 static inline void account_freepages(struct zone *zone, int nr_pages,
625                                      int migratetype)
626 {
627         if (is_migrate_isolate(migratetype))
628                 return;
629
630         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, nr_pages);
631
632         if (is_migrate_cma(migratetype))
633                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, nr_pages);
634 }
635
636 /* Used for pages not on another list */
637 static inline void __add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
638                                       unsigned int order, int migratetype,
639                                       bool tail)
640 {
641         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
642
643         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
644                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
645                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
646
647         if (tail)
648                 list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
649         else
650                 list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
651         area->nr_free++;
652 }
653
654 /*
655  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
656  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
657  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
658  */
659 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
660                                      unsigned int order, int old_mt, int new_mt)
661 {
662         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
663
664         /* Free page moving can fail, so it happens before the type update */
665         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != old_mt,
666                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
667                      get_pageblock_migratetype(page), old_mt, 1 << order);
668
669         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[new_mt]);
670
671         account_freepages(zone, -(1 << order), old_mt);
672         account_freepages(zone, 1 << order, new_mt);
673 }
674
675 static inline void __del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
676                                              unsigned int order, int migratetype)
677 {
678         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
679                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
680                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, 1 << order);
681
682         /* clear reported state and update reported page count */
683         if (page_reported(page))
684                 __ClearPageReported(page);
685
686         list_del(&page->buddy_list);
687         __ClearPageBuddy(page);
688         set_page_private(page, 0);
689         zone->free_area[order].nr_free--;
690 }
691
692 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
693                                            unsigned int order, int migratetype)
694 {
695         __del_page_from_free_list(page, zone, order, migratetype);
696         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
697 }
698
699 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
700                                             int migratetype)
701 {
702         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
703                                         struct page, buddy_list);
704 }
705
706 /*
707  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
708  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
709  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
710  * that is happening, add the free page to the tail of the list
711  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
712  * as a higher order page
713  */
714 static inline bool
715 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
716                    struct page *page, unsigned int order)
717 {
718         unsigned long higher_page_pfn;
719         struct page *higher_page;
720
721         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
722                 return false;
723
724         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
725         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
726
727         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
728                         NULL) != NULL;
729 }
730
731 /*
732  * Freeing function for a buddy system allocator.
733  *
734  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
735  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
736  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
737  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
738  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
739  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
740  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
741  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
742  * parts of the VM system.
743  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
744  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
745  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
746  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
747  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
748  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
749  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
750  * triggers coalescing into a block of larger size.
751  *
752  * -- nyc
753  */
754
755 static inline void __free_one_page(struct page *page,
756                 unsigned long pfn,
757                 struct zone *zone, unsigned int order,
758                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
759 {
760         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
761         unsigned long buddy_pfn = 0;
762         unsigned long combined_pfn;
763         struct page *buddy;
764         bool to_tail;
765
766         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
767         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
768
769         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
770         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
771         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
772
773         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
774
775         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
776                 int buddy_mt = migratetype;
777
778                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
779                         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
780                         return;
781                 }
782
783                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
784                 if (!buddy)
785                         goto done_merging;
786
787                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
788                         /*
789                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
790                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
791                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
792                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
793                          */
794                         buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
795
796                         if (migratetype != buddy_mt &&
797                             (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
798                              !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
799                                 goto done_merging;
800                 }
801
802                 /*
803                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
804                  * merge with it and move up one order.
805                  */
806                 if (page_is_guard(buddy))
807                         clear_page_guard(zone, buddy, order);
808                 else
809                         __del_page_from_free_list(buddy, zone, order, buddy_mt);
810
811                 if (unlikely(buddy_mt != migratetype)) {
812                         /*
813                          * Match buddy type. This ensures that an
814                          * expand() down the line puts the sub-blocks
815                          * on the right freelists.
816                          */
817                         set_pageblock_migratetype(buddy, migratetype);
818                 }
819
820                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
821                 page = page + (combined_pfn - pfn);
822                 pfn = combined_pfn;
823                 order++;
824         }
825
826 done_merging:
827         set_buddy_order(page, order);
828
829         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
830                 to_tail = true;
831         else if (is_shuffle_order(order))
832                 to_tail = shuffle_pick_tail();
833         else
834                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
835
836         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, to_tail);
837
838         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
839         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
840                 page_reporting_notify_free(order);
841 }
842
843 /*
844  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
845  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
846  * check if necessary.
847  */
848 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
849                                         unsigned long check_flags)
850 {
851         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
852                 return false;
853
854         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
855                         page_ref_count(page) |
856 #ifdef CONFIG_MEMCG
857                         page->memcg_data |
858 #endif
859 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
860                         ((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE) |
861 #endif
862                         (page->flags & check_flags)))
863                 return false;
864
865         return true;
866 }
867
868 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
869 {
870         const char *bad_reason = NULL;
871
872         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
873                 bad_reason = "nonzero mapcount";
874         if (unlikely(page->mapping != NULL))
875                 bad_reason = "non-NULL mapping";
876         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
877                 bad_reason = "nonzero _refcount";
878         if (unlikely(page->flags & flags)) {
879                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
880                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
881                 else
882                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
883         }
884 #ifdef CONFIG_MEMCG
885         if (unlikely(page->memcg_data))
886                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
887 #endif
888 #ifdef CONFIG_PAGE_POOL
889         if (unlikely((page->pp_magic & ~0x3UL) == PP_SIGNATURE))
890                 bad_reason = "page_pool leak";
891 #endif
892         return bad_reason;
893 }
894
895 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
896 {
897         bad_page(page,
898                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
899 }
900
901 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
902 {
903         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
904                 return false;
905
906         /* Something has gone sideways, find it */
907         free_page_is_bad_report(page);
908         return true;
909 }
910
911 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
912 {
913         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
914 }
915
916 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
917 {
918         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
919         int ret = 1;
920
921         /*
922          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
923          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
924          */
925         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
926
927         if (!is_check_pages_enabled()) {
928                 ret = 0;
929                 goto out;
930         }
931         switch (page - head_page) {
932         case 1:
933                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
934                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
935                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
936                         goto out;
937                 }
938                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
939                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
940                         goto out;
941                 }
942                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
943                         bad_page(page, "nonzero pincount");
944                         goto out;
945                 }
946                 break;
947         case 2:
948                 /* the second tail page: deferred_list overlaps ->mapping */
949                 if (unlikely(!list_empty(&folio->_deferred_list))) {
950                         bad_page(page, "on deferred list");
951                         goto out;
952                 }
953                 break;
954         default:
955                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
956                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
957                         goto out;
958                 }
959                 break;
960         }
961         if (unlikely(!PageTail(page))) {
962                 bad_page(page, "PageTail not set");
963                 goto out;
964         }
965         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
966                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
967                 goto out;
968         }
969         ret = 0;
970 out:
971         page->mapping = NULL;
972         clear_compound_head(page);
973         return ret;
974 }
975
976 /*
977  * Skip KASAN memory poisoning when either:
978  *
979  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
980  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
981  *    using page tags instead (see below).
982  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
983  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
984  *
985  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
986  *
987  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
988  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
989  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
990  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
991  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
992  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
993  *
994  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
995  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
996  * initialization is done with interrupt disabled.
997  *
998  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
999  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1000  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1001  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1002  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1003  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1004  */
1005 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1006 {
1007         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1008                 return deferred_pages_enabled();
1009
1010         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1011 }
1012
1013 void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1014 {
1015         int i;
1016
1017         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1018         kasan_disable_current();
1019         for (i = 0; i < numpages; i++)
1020                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1021         kasan_enable_current();
1022 }
1023
1024 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1025                         unsigned int order)
1026 {
1027         int bad = 0;
1028         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1029         bool init = want_init_on_free();
1030         bool compound = PageCompound(page);
1031
1032         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1033
1034         trace_mm_page_free(page, order);
1035         kmsan_free_page(page, order);
1036
1037         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1038                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1039
1040         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1041                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1042                 reset_page_owner(page, order);
1043                 page_table_check_free(page, order);
1044                 pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1045                 return false;
1046         }
1047
1048         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1049
1050         /*
1051          * Check tail pages before head page information is cleared to
1052          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1053          */
1054         if (unlikely(order)) {
1055                 int i;
1056
1057                 if (compound)
1058                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1059                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1060                         if (compound)
1061                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1062                         if (is_check_pages_enabled()) {
1063                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1064                                         bad++;
1065                                         continue;
1066                                 }
1067                         }
1068                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1069                 }
1070         }
1071         if (PageMappingFlags(page))
1072                 page->mapping = NULL;
1073         if (is_check_pages_enabled()) {
1074                 if (free_page_is_bad(page))
1075                         bad++;
1076                 if (bad)
1077                         return false;
1078         }
1079
1080         page_cpupid_reset_last(page);
1081         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1082         reset_page_owner(page, order);
1083         page_table_check_free(page, order);
1084         pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1085
1086         if (!PageHighMem(page)) {
1087                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1088                                            PAGE_SIZE << order);
1089                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1090                                            PAGE_SIZE << order);
1091         }
1092
1093         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1094
1095         /*
1096          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1097          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1098          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1099          *
1100          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1101          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1102          */
1103         if (!skip_kasan_poison) {
1104                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1105
1106                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1107                 if (kasan_has_integrated_init())
1108                         init = false;
1109         }
1110         if (init)
1111                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1112
1113         /*
1114          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1115          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1116          * happen after this.
1117          */
1118         arch_free_page(page, order);
1119
1120         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1121
1122         return true;
1123 }
1124
1125 /*
1126  * Frees a number of pages from the PCP lists
1127  * Assumes all pages on list are in same zone.
1128  * count is the number of pages to free.
1129  */
1130 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1131                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1132                                         int pindex)
1133 {
1134         unsigned long flags;
1135         unsigned int order;
1136         struct page *page;
1137
1138         /*
1139          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1140          * below while (list_empty(list)) loop.
1141          */
1142         count = min(pcp->count, count);
1143
1144         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1145         pindex = pindex - 1;
1146
1147         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1148
1149         while (count > 0) {
1150                 struct list_head *list;
1151                 int nr_pages;
1152
1153                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1154                 do {
1155                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1156                                 pindex = 0;
1157                         list = &pcp->lists[pindex];
1158                 } while (list_empty(list));
1159
1160                 order = pindex_to_order(pindex);
1161                 nr_pages = 1 << order;
1162                 do {
1163                         unsigned long pfn;
1164                         int mt;
1165
1166                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1167                         pfn = page_to_pfn(page);
1168                         mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1169
1170                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1171                         list_del(&page->pcp_list);
1172                         count -= nr_pages;
1173                         pcp->count -= nr_pages;
1174
1175                         __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, FPI_NONE);
1176                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1177                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1178         }
1179
1180         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1181 }
1182
1183 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page,
1184                           unsigned long pfn, unsigned int order,
1185                           fpi_t fpi_flags)
1186 {
1187         unsigned long flags;
1188         int migratetype;
1189
1190         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1191         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1192         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1193         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1194 }
1195
1196 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1197                             fpi_t fpi_flags)
1198 {
1199         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1200         struct zone *zone = page_zone(page);
1201
1202         if (!free_pages_prepare(page, order))
1203                 return;
1204
1205         free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1206
1207         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1208 }
1209
1210 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1211 {
1212         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1213         struct page *p = page;
1214         unsigned int loop;
1215
1216         /*
1217          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1218          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1219          * refcount of all involved pages to 0.
1220          */
1221         prefetchw(p);
1222         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1223                 prefetchw(p + 1);
1224                 __ClearPageReserved(p);
1225                 set_page_count(p, 0);
1226         }
1227         __ClearPageReserved(p);
1228         set_page_count(p, 0);
1229
1230         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1231
1232         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1233                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1234                         return;
1235
1236                 accept_page(page, order);
1237         }
1238
1239         /*
1240          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1241          * relevant for memory onlining.
1242          */
1243         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1244 }
1245
1246 /*
1247  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1248  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1249  * with the migration of free compaction scanner.
1250  *
1251  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1252  *
1253  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1254  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1255  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1256  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1257  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1258  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1259  * page in a pageblock.
1260  *
1261  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1262  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1263  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1264  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1265  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1266  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1267  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1268  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1269  */
1270 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1271                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1272 {
1273         struct page *start_page;
1274         struct page *end_page;
1275
1276         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1277         end_pfn--;
1278
1279         if (!pfn_valid(end_pfn))
1280                 return NULL;
1281
1282         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1283         if (!start_page)
1284                 return NULL;
1285
1286         if (page_zone(start_page) != zone)
1287                 return NULL;
1288
1289         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1290
1291         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1292         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1293                 return NULL;
1294
1295         return start_page;
1296 }
1297
1298 /*
1299  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1300  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1301  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1302  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1303  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1304  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1305  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1306  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1307  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1308  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1309  *
1310  * -- nyc
1311  */
1312 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1313         int low, int high, int migratetype)
1314 {
1315         unsigned long size = 1 << high;
1316         unsigned long nr_added = 0;
1317
1318         while (high > low) {
1319                 high--;
1320                 size >>= 1;
1321                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1322
1323                 /*
1324                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1325                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1326                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1327                  * pages will stay not present in virtual address space
1328                  */
1329                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high))
1330                         continue;
1331
1332                 __add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype, false);
1333                 set_buddy_order(&page[size], high);
1334                 nr_added += size;
1335         }
1336         account_freepages(zone, nr_added, migratetype);
1337 }
1338
1339 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1340 {
1341         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1342                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1343                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1344                 return;
1345         }
1346
1347         bad_page(page,
1348                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1349 }
1350
1351 /*
1352  * This page is about to be returned from the page allocator
1353  */
1354 static bool check_new_page(struct page *page)
1355 {
1356         if (likely(page_expected_state(page,
1357                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1358                 return false;
1359
1360         check_new_page_bad(page);
1361         return true;
1362 }
1363
1364 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1365 {
1366         if (is_check_pages_enabled()) {
1367                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1368                         struct page *p = page + i;
1369
1370                         if (check_new_page(p))
1371                                 return true;
1372                 }
1373         }
1374
1375         return false;
1376 }
1377
1378 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1379 {
1380         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1381         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1382             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1383                 return false;
1384
1385         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1386         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1387                 return true;
1388
1389         /*
1390          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1391          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1392          */
1393         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1394 }
1395
1396 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1397 {
1398         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1399         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1400                 return false;
1401
1402         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1403         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1404 }
1405
1406 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1407                                 gfp_t gfp_flags)
1408 {
1409         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1410                         !should_skip_init(gfp_flags);
1411         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1412         int i;
1413
1414         set_page_private(page, 0);
1415         set_page_refcounted(page);
1416
1417         arch_alloc_page(page, order);
1418         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1419
1420         /*
1421          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1422          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1423          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1424          */
1425         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1426
1427         /*
1428          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1429          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1430          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1431          */
1432
1433         /*
1434          * If memory tags should be zeroed
1435          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1436          */
1437         if (zero_tags) {
1438                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1439                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1440                         tag_clear_highpage(page + i);
1441
1442                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1443                 init = false;
1444         }
1445         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1446             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1447                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1448                 if (kasan_has_integrated_init())
1449                         init = false;
1450         } else {
1451                 /*
1452                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1453                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1454                  */
1455                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1456                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1457         }
1458         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1459         if (init)
1460                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1461
1462         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1463         page_table_check_alloc(page, order);
1464         pgalloc_tag_add(page, current, 1 << order);
1465 }
1466
1467 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1468                                                         unsigned int alloc_flags)
1469 {
1470         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1471
1472         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1473                 prep_compound_page(page, order);
1474
1475         /*
1476          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1477          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1478          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1479          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1480          */
1481         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1482                 set_page_pfmemalloc(page);
1483         else
1484                 clear_page_pfmemalloc(page);
1485 }
1486
1487 /*
1488  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1489  * the smallest available page from the freelists
1490  */
1491 static __always_inline
1492 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1493                                                 int migratetype)
1494 {
1495         unsigned int current_order;
1496         struct free_area *area;
1497         struct page *page;
1498
1499         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1500         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1501                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1502                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1503                 if (!page)
1504                         continue;
1505                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, migratetype);
1506                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1507                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1508                                 pcp_allowed_order(order) &&
1509                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1510                 return page;
1511         }
1512
1513         return NULL;
1514 }
1515
1516
1517 /*
1518  * This array describes the order lists are fallen back to when
1519  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1520  *
1521  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1522  */
1523 static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1524         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1525         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1526         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1527 };
1528
1529 #ifdef CONFIG_CMA
1530 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1531                                         unsigned int order)
1532 {
1533         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1534 }
1535 #else
1536 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1537                                         unsigned int order) { return NULL; }
1538 #endif
1539
1540 /*
1541  * Change the type of a block and move all its free pages to that
1542  * type's freelist.
1543  */
1544 static int __move_freepages_block(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1545                                   int old_mt, int new_mt)
1546 {
1547         struct page *page;
1548         unsigned long pfn, end_pfn;
1549         unsigned int order;
1550         int pages_moved = 0;
1551
1552         VM_WARN_ON(start_pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1553         end_pfn = pageblock_end_pfn(start_pfn);
1554
1555         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;) {
1556                 page = pfn_to_page(pfn);
1557                 if (!PageBuddy(page)) {
1558                         pfn++;
1559                         continue;
1560                 }
1561
1562                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1563                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1564                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1565
1566                 order = buddy_order(page);
1567
1568                 move_to_free_list(page, zone, order, old_mt, new_mt);
1569
1570                 pfn += 1 << order;
1571                 pages_moved += 1 << order;
1572         }
1573
1574         set_pageblock_migratetype(pfn_to_page(start_pfn), new_mt);
1575
1576         return pages_moved;
1577 }
1578
1579 static bool prep_move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1580                                       unsigned long *start_pfn,
1581                                       int *num_free, int *num_movable)
1582 {
1583         unsigned long pfn, start, end;
1584
1585         pfn = page_to_pfn(page);
1586         start = pageblock_start_pfn(pfn);
1587         end = pageblock_end_pfn(pfn);
1588
1589         /*
1590          * The caller only has the lock for @zone, don't touch ranges
1591          * that straddle into other zones. While we could move part of
1592          * the range that's inside the zone, this call is usually
1593          * accompanied by other operations such as migratetype updates
1594          * which also should be locked.
1595          */
1596         if (!zone_spans_pfn(zone, start))
1597                 return false;
1598         if (!zone_spans_pfn(zone, end - 1))
1599                 return false;
1600
1601         *start_pfn = start;
1602
1603         if (num_free) {
1604                 *num_free = 0;
1605                 *num_movable = 0;
1606                 for (pfn = start; pfn < end;) {
1607                         page = pfn_to_page(pfn);
1608                         if (PageBuddy(page)) {
1609                                 int nr = 1 << buddy_order(page);
1610
1611                                 *num_free += nr;
1612                                 pfn += nr;
1613                                 continue;
1614                         }
1615                         /*
1616                          * We assume that pages that could be isolated for
1617                          * migration are movable. But we don't actually try
1618                          * isolating, as that would be expensive.
1619                          */
1620                         if (PageLRU(page) || __PageMovable(page))
1621                                 (*num_movable)++;
1622                         pfn++;
1623                 }
1624         }
1625
1626         return true;
1627 }
1628
1629 static int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1630                                 int old_mt, int new_mt)
1631 {
1632         unsigned long start_pfn;
1633
1634         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1635                 return -1;
1636
1637         return __move_freepages_block(zone, start_pfn, old_mt, new_mt);
1638 }
1639
1640 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1641 /* Look for a buddy that straddles start_pfn */
1642 static unsigned long find_large_buddy(unsigned long start_pfn)
1643 {
1644         int order = 0;
1645         struct page *page;
1646         unsigned long pfn = start_pfn;
1647
1648         while (!PageBuddy(page = pfn_to_page(pfn))) {
1649                 /* Nothing found */
1650                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER)
1651                         return start_pfn;
1652                 pfn &= ~0UL << order;
1653         }
1654
1655         /*
1656          * Found a preceding buddy, but does it straddle?
1657          */
1658         if (pfn + (1 << buddy_order(page)) > start_pfn)
1659                 return pfn;
1660
1661         /* Nothing found */
1662         return start_pfn;
1663 }
1664
1665 /* Split a multi-block free page into its individual pageblocks */
1666 static void split_large_buddy(struct zone *zone, struct page *page,
1667                               unsigned long pfn, int order)
1668 {
1669         unsigned long end_pfn = pfn + (1 << order);
1670
1671         VM_WARN_ON_ONCE(order <= pageblock_order);
1672         VM_WARN_ON_ONCE(pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1673
1674         /* Caller removed page from freelist, buddy info cleared! */
1675         VM_WARN_ON_ONCE(PageBuddy(page));
1676
1677         while (pfn != end_pfn) {
1678                 int mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1679
1680                 __free_one_page(page, pfn, zone, pageblock_order, mt, FPI_NONE);
1681                 pfn += pageblock_nr_pages;
1682                 page = pfn_to_page(pfn);
1683         }
1684 }
1685
1686 /**
1687  * move_freepages_block_isolate - move free pages in block for page isolation
1688  * @zone: the zone
1689  * @page: the pageblock page
1690  * @migratetype: migratetype to set on the pageblock
1691  *
1692  * This is similar to move_freepages_block(), but handles the special
1693  * case encountered in page isolation, where the block of interest
1694  * might be part of a larger buddy spanning multiple pageblocks.
1695  *
1696  * Unlike the regular page allocator path, which moves pages while
1697  * stealing buddies off the freelist, page isolation is interested in
1698  * arbitrary pfn ranges that may have overlapping buddies on both ends.
1699  *
1700  * This function handles that. Straddling buddies are split into
1701  * individual pageblocks. Only the block of interest is moved.
1702  *
1703  * Returns %true if pages could be moved, %false otherwise.
1704  */
1705 bool move_freepages_block_isolate(struct zone *zone, struct page *page,
1706                                   int migratetype)
1707 {
1708         unsigned long start_pfn, pfn;
1709
1710         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1711                 return false;
1712
1713         /* No splits needed if buddies can't span multiple blocks */
1714         if (pageblock_order == MAX_PAGE_ORDER)
1715                 goto move;
1716
1717         /* We're a tail block in a larger buddy */
1718         pfn = find_large_buddy(start_pfn);
1719         if (pfn != start_pfn) {
1720                 struct page *buddy = pfn_to_page(pfn);
1721                 int order = buddy_order(buddy);
1722
1723                 del_page_from_free_list(buddy, zone, order,
1724                                         get_pfnblock_migratetype(buddy, pfn));
1725                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1726                 split_large_buddy(zone, buddy, pfn, order);
1727                 return true;
1728         }
1729
1730         /* We're the starting block of a larger buddy */
1731         if (PageBuddy(page) && buddy_order(page) > pageblock_order) {
1732                 int order = buddy_order(page);
1733
1734                 del_page_from_free_list(page, zone, order,
1735                                         get_pfnblock_migratetype(page, pfn));
1736                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1737                 split_large_buddy(zone, page, pfn, order);
1738                 return true;
1739         }
1740 move:
1741         __move_freepages_block(zone, start_pfn,
1742                                get_pfnblock_migratetype(page, start_pfn),
1743                                migratetype);
1744         return true;
1745 }
1746 #endif /* CONFIG_MEMORY_ISOLATION */
1747
1748 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1749                                         int start_order, int migratetype)
1750 {
1751         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1752
1753         while (nr_pageblocks--) {
1754                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1755                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1756         }
1757 }
1758
1759 /*
1760  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1761  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1762  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1763  *
1764  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1765  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1766  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1767  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1768  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1769  * pageblocks.
1770  */
1771 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1772 {
1773         /*
1774          * Leaving this order check is intended, although there is
1775          * relaxed order check in next check. The reason is that
1776          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1777          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1778          * so could be changed anytime.
1779          */
1780         if (order >= pageblock_order)
1781                 return true;
1782
1783         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1784                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1785                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1786                 page_group_by_mobility_disabled)
1787                 return true;
1788
1789         return false;
1790 }
1791
1792 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1793 {
1794         unsigned long max_boost;
1795
1796         if (!watermark_boost_factor)
1797                 return false;
1798         /*
1799          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1800          * On small machines, including kdump capture kernels running
1801          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1802          * memory situation immediately.
1803          */
1804         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1805                 return false;
1806
1807         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1808                         watermark_boost_factor, 10000);
1809
1810         /*
1811          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1812          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1813          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1814          * allocations that early means that reclaim is not going
1815          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1816          * boosted watermark resulting in a hang.
1817          */
1818         if (!max_boost)
1819                 return false;
1820
1821         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1822
1823         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1824                 max_boost);
1825
1826         return true;
1827 }
1828
1829 /*
1830  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough, we
1831  * can claim the whole pageblock for the requested migratetype. If not, we check
1832  * the pageblock for constituent pages; if at least half of the pages are free
1833  * or compatible, we can still claim the whole block, so pages freed in the
1834  * future will be put on the correct free list. Otherwise, we isolate exactly
1835  * the order we need from the fallback block and leave its migratetype alone.
1836  */
1837 static struct page *
1838 steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1839                         int current_order, int order, int start_type,
1840                         unsigned int alloc_flags, bool whole_block)
1841 {
1842         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1843         unsigned long start_pfn;
1844         int block_type;
1845
1846         block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1847
1848         /*
1849          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1850          * highatomic accounting.
1851          */
1852         if (is_migrate_highatomic(block_type))
1853                 goto single_page;
1854
1855         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1856         if (current_order >= pageblock_order) {
1857                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1858                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1859                 expand(zone, page, order, current_order, start_type);
1860                 return page;
1861         }
1862
1863         /*
1864          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1865          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1866          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1867          */
1868         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1869                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1870
1871         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1872         if (!whole_block)
1873                 goto single_page;
1874
1875         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1876         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, &free_pages,
1877                                        &movable_pages))
1878                 goto single_page;
1879
1880         /*
1881          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1882          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1883          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1884          */
1885         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1886                 alike_pages = movable_pages;
1887         } else {
1888                 /*
1889                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1890                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1891                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1892                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1893                  * exact migratetype of non-movable pages.
1894                  */
1895                 if (block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1896                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1897                                                 - (free_pages + movable_pages);
1898                 else
1899                         alike_pages = 0;
1900         }
1901         /*
1902          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1903          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
1904          */
1905         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1906                         page_group_by_mobility_disabled) {
1907                 __move_freepages_block(zone, start_pfn, block_type, start_type);
1908                 return __rmqueue_smallest(zone, order, start_type);
1909         }
1910
1911 single_page:
1912         del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
1913         expand(zone, page, order, current_order, block_type);
1914         return page;
1915 }
1916
1917 /*
1918  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1919  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1920  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1921  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1922  */
1923 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1924                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1925 {
1926         int i;
1927         int fallback_mt;
1928
1929         if (area->nr_free == 0)
1930                 return -1;
1931
1932         *can_steal = false;
1933         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1934                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1935                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1936                         continue;
1937
1938                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1939                         *can_steal = true;
1940
1941                 if (!only_stealable)
1942                         return fallback_mt;
1943
1944                 if (*can_steal)
1945                         return fallback_mt;
1946         }
1947
1948         return -1;
1949 }
1950
1951 /*
1952  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1953  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1954  */
1955 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone)
1956 {
1957         int mt;
1958         unsigned long max_managed, flags;
1959
1960         /*
1961          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
1962          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
1963          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
1964          * Check is race-prone but harmless.
1965          */
1966         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
1967                 return;
1968         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
1969         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1970                 return;
1971
1972         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1973
1974         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1975         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1976                 goto out_unlock;
1977
1978         /* Yoink! */
1979         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1980         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1981         if (migratetype_is_mergeable(mt))
1982                 if (move_freepages_block(zone, page, mt,
1983                                          MIGRATE_HIGHATOMIC) != -1)
1984                         zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1985
1986 out_unlock:
1987         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1988 }
1989
1990 /*
1991  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1992  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1993  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1994  * to recover from than an OOM.
1995  *
1996  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1997  * pageblock is exhausted.
1998  */
1999 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2000                                                 bool force)
2001 {
2002         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2003         unsigned long flags;
2004         struct zoneref *z;
2005         struct zone *zone;
2006         struct page *page;
2007         int order;
2008         int ret;
2009
2010         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2011                                                                 ac->nodemask) {
2012                 /*
2013                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2014                  * is really high.
2015                  */
2016                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2017                                         pageblock_nr_pages)
2018                         continue;
2019
2020                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2021                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
2022                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2023                         int mt;
2024
2025                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2026                         if (!page)
2027                                 continue;
2028
2029                         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2030                         /*
2031                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2032                          * we can counter several free pages in a pageblock
2033                          * in this loop although we changed the pageblock type
2034                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2035                          * adjust the count once.
2036                          */
2037                         if (is_migrate_highatomic(mt)) {
2038                                 /*
2039                                  * It should never happen but changes to
2040                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2041                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2042                                  * while unreserving so be safe and watch for
2043                                  * underflows.
2044                                  */
2045                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2046                                                 pageblock_nr_pages,
2047                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2048                         }
2049
2050                         /*
2051                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2052                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2053                          * is doing the work and needs the pages. More
2054                          * importantly, if the block was always converted to
2055                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2056                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2057                          * may increase.
2058                          */
2059                         ret = move_freepages_block(zone, page, mt,
2060                                                    ac->migratetype);
2061                         /*
2062                          * Reserving this block already succeeded, so this should
2063                          * not fail on zone boundaries.
2064                          */
2065                         WARN_ON_ONCE(ret == -1);
2066                         if (ret > 0) {
2067                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2068                                 return ret;
2069                         }
2070                 }
2071                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2072         }
2073
2074         return false;
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2079  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2080  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2081  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2082  *
2083  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2084  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2085  * condition simpler.
2086  */
2087 static __always_inline struct page *
2088 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2089                                                 unsigned int alloc_flags)
2090 {
2091         struct free_area *area;
2092         int current_order;
2093         int min_order = order;
2094         struct page *page;
2095         int fallback_mt;
2096         bool can_steal;
2097
2098         /*
2099          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2100          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2101          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2102          */
2103         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2104                 min_order = pageblock_order;
2105
2106         /*
2107          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2108          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2109          * would be too costly to do exactly.
2110          */
2111         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2112                                 --current_order) {
2113                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2114                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2115                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2116                 if (fallback_mt == -1)
2117                         continue;
2118
2119                 /*
2120                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2121                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2122                  * steal and split the smallest available page instead of the
2123                  * largest available page, because even if the next movable
2124                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2125                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2126                  */
2127                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2128                                         && current_order > order)
2129                         goto find_smallest;
2130
2131                 goto do_steal;
2132         }
2133
2134         return NULL;
2135
2136 find_smallest:
2137         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2138                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2139                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2140                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2141                 if (fallback_mt != -1)
2142                         break;
2143         }
2144
2145         /*
2146          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2147          * when looking for the largest page.
2148          */
2149         VM_BUG_ON(current_order > MAX_PAGE_ORDER);
2150
2151 do_steal:
2152         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2153
2154         /* take off list, maybe claim block, expand remainder */
2155         page = steal_suitable_fallback(zone, page, current_order, order,
2156                                        start_migratetype, alloc_flags, can_steal);
2157
2158         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2159                 start_migratetype, fallback_mt);
2160
2161         return page;
2162 }
2163
2164 /*
2165  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2166  * Call me with the zone->lock already held.
2167  */
2168 static __always_inline struct page *
2169 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2170                                                 unsigned int alloc_flags)
2171 {
2172         struct page *page;
2173
2174         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2175                 /*
2176                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2177                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2178                  * is in the CMA area.
2179                  */
2180                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2181                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2182                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2183                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2184                         if (page)
2185                                 return page;
2186                 }
2187         }
2188
2189         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2190         if (unlikely(!page)) {
2191                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2192                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2193
2194                 if (!page)
2195                         page = __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2196                                                   alloc_flags);
2197         }
2198         return page;
2199 }
2200
2201 /*
2202  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2203  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2204  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2205  */
2206 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2207                         unsigned long count, struct list_head *list,
2208                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2209 {
2210         unsigned long flags;
2211         int i;
2212
2213         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2214         for (i = 0; i < count; ++i) {
2215                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2216                                                                 alloc_flags);
2217                 if (unlikely(page == NULL))
2218                         break;
2219
2220                 /*
2221                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2222                  * physical page order. The page is added to the tail of
2223                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2224                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2225                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2226                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2227                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2228                  * pages are ordered properly.
2229                  */
2230                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2231         }
2232         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2233
2234         return i;
2235 }
2236
2237 /*
2238  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2239  * Return whether there are addition works to do.
2240  */
2241 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2242 {
2243         int high_min, to_drain, batch;
2244         int todo = 0;
2245
2246         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2247         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2248         /*
2249          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2250          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2251          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2252          */
2253         if (pcp->high > high_min) {
2254                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2255                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2256                 if (pcp->high > high_min)
2257                         todo++;
2258         }
2259
2260         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2261         if (to_drain > 0) {
2262                 spin_lock(&pcp->lock);
2263                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2264                 spin_unlock(&pcp->lock);
2265                 todo++;
2266         }
2267
2268         return todo;
2269 }
2270
2271 #ifdef CONFIG_NUMA
2272 /*
2273  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2274  * currently executing processor on remote nodes after they have
2275  * expired.
2276  */
2277 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2278 {
2279         int to_drain, batch;
2280
2281         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2282         to_drain = min(pcp->count, batch);
2283         if (to_drain > 0) {
2284                 spin_lock(&pcp->lock);
2285                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2286                 spin_unlock(&pcp->lock);
2287         }
2288 }
2289 #endif
2290
2291 /*
2292  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2293  */
2294 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2295 {
2296         struct per_cpu_pages *pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2297         int count = READ_ONCE(pcp->count);
2298
2299         while (count) {
2300                 int to_drain = min(count, pcp->batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2301                 count -= to_drain;
2302
2303                 spin_lock(&pcp->lock);
2304                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2305                 spin_unlock(&pcp->lock);
2306         }
2307 }
2308
2309 /*
2310  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2311  */
2312 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2313 {
2314         struct zone *zone;
2315
2316         for_each_populated_zone(zone) {
2317                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2318         }
2319 }
2320
2321 /*
2322  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2323  */
2324 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2325 {
2326         int cpu = smp_processor_id();
2327
2328         if (zone)
2329                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2330         else
2331                 drain_pages(cpu);
2332 }
2333
2334 /*
2335  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2336  * drain on all cpus.
2337  *
2338  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2339  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2340  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2341  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2342  * optimizing racy check.
2343  */
2344 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2345 {
2346         int cpu;
2347
2348         /*
2349          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2350          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2351          */
2352         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2353
2354         /*
2355          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2356          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2357          * the drain to be complete when the call returns.
2358          */
2359         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2360                 if (!zone)
2361                         return;
2362                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2363         }
2364
2365         /*
2366          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2367          * as offline notification will cause the notified
2368          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2369          * disables preemption as part of its processing
2370          */
2371         for_each_online_cpu(cpu) {
2372                 struct per_cpu_pages *pcp;
2373                 struct zone *z;
2374                 bool has_pcps = false;
2375
2376                 if (force_all_cpus) {
2377                         /*
2378                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2379                          * guarantee that no cpu is missed.
2380                          */
2381                         has_pcps = true;
2382                 } else if (zone) {
2383                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2384                         if (pcp->count)
2385                                 has_pcps = true;
2386                 } else {
2387                         for_each_populated_zone(z) {
2388                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2389                                 if (pcp->count) {
2390                                         has_pcps = true;
2391                                         break;
2392                                 }
2393                         }
2394                 }
2395
2396                 if (has_pcps)
2397                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2398                 else
2399                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2400         }
2401
2402         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2403                 if (zone)
2404                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2405                 else
2406                         drain_pages(cpu);
2407         }
2408
2409         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2410 }
2411
2412 /*
2413  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2414  *
2415  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2416  */
2417 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2418 {
2419         __drain_all_pages(zone, false);
2420 }
2421
2422 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2423 {
2424         int min_nr_free, max_nr_free;
2425
2426         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2427         if (unlikely(free_high))
2428                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2429
2430         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2431         if (unlikely(high < batch))
2432                 return 1;
2433
2434         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2435         min_nr_free = batch;
2436         max_nr_free = high - batch;
2437
2438         /*
2439          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2440          * freed pages to reduce zone lock contention.
2441          */
2442         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2443
2444         return batch;
2445 }
2446
2447 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2448                        int batch, bool free_high)
2449 {
2450         int high, high_min, high_max;
2451
2452         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2453         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2454         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2455
2456         if (unlikely(!high))
2457                 return 0;
2458
2459         if (unlikely(free_high)) {
2460                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2461                                 high_min);
2462                 return 0;
2463         }
2464
2465         /*
2466          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2467          * stored on pcp lists
2468          */
2469         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2470                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2471
2472                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2473                 return min(batch << 2, pcp->high);
2474         }
2475
2476         if (high_min == high_max)
2477                 return high;
2478
2479         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2480                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2481
2482                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2483                 high = max(pcp->count, high_min);
2484         } else if (pcp->count >= high) {
2485                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2486
2487                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2488                 if (pcp->high < need_high)
2489                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2490         }
2491
2492         return high;
2493 }
2494
2495 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2496                                    struct page *page, int migratetype,
2497                                    unsigned int order)
2498 {
2499         int high, batch;
2500         int pindex;
2501         bool free_high = false;
2502
2503         /*
2504          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2505          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2506          * allocations.
2507          */
2508         pcp->alloc_factor >>= 1;
2509         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2510         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2511         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2512         pcp->count += 1 << order;
2513
2514         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2515         /*
2516          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2517          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2518          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2519          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2520          */
2521         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2522                 free_high = (pcp->free_count >= batch &&
2523                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2524                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2525                               pcp->count >= READ_ONCE(batch)));
2526                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2527         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2528                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2529         }
2530         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2531                 pcp->free_count += (1 << order);
2532         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2533         if (pcp->count >= high) {
2534                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2535                                    pcp, pindex);
2536                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2537                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2538                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2539                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2540         }
2541 }
2542
2543 /*
2544  * Free a pcp page
2545  */
2546 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2547 {
2548         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2549         struct per_cpu_pages *pcp;
2550         struct zone *zone;
2551         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2552         int migratetype;
2553
2554         if (!pcp_allowed_order(order)) {
2555                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
2556                 return;
2557         }
2558
2559         if (!free_pages_prepare(page, order))
2560                 return;
2561
2562         /*
2563          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2564          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2565          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2566          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2567          * excessively into the page allocator
2568          */
2569         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2570         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2571                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2572                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, FPI_NONE);
2573                         return;
2574                 }
2575                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2576         }
2577
2578         zone = page_zone(page);
2579         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2580         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2581         if (pcp) {
2582                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2583                 pcp_spin_unlock(pcp);
2584         } else {
2585                 free_one_page(zone, page, pfn, order, FPI_NONE);
2586         }
2587         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2588 }
2589
2590 /*
2591  * Free a batch of folios
2592  */
2593 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2594 {
2595         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2596         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2597         struct zone *locked_zone = NULL;
2598         int i, j;
2599
2600         /* Prepare folios for freeing */
2601         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2602                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2603                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2604                 unsigned int order = folio_order(folio);
2605
2606                 if (order > 0 && folio_test_large_rmappable(folio))
2607                         folio_undo_large_rmappable(folio);
2608                 if (!free_pages_prepare(&folio->page, order))
2609                         continue;
2610                 /*
2611                  * Free orders not handled on the PCP directly to the
2612                  * allocator.
2613                  */
2614                 if (!pcp_allowed_order(order)) {
2615                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page,
2616                                       pfn, order, FPI_NONE);
2617                         continue;
2618                 }
2619                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2620                 if (j != i)
2621                         folios->folios[j] = folio;
2622                 j++;
2623         }
2624         folios->nr = j;
2625
2626         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2627                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2628                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2629                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2630                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2631                 int migratetype;
2632
2633                 folio->private = NULL;
2634                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(&folio->page, pfn);
2635
2636                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2637                 if (zone != locked_zone ||
2638                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2639                         if (pcp) {
2640                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2641                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2642                                 locked_zone = NULL;
2643                                 pcp = NULL;
2644                         }
2645
2646                         /*
2647                          * Free isolated pages directly to the
2648                          * allocator, see comment in free_unref_page.
2649                          */
2650                         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
2651                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2652                                               order, FPI_NONE);
2653                                 continue;
2654                         }
2655
2656                         /*
2657                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2658                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2659                          */
2660                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2661                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2662                         if (unlikely(!pcp)) {
2663                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2664                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2665                                               order, FPI_NONE);
2666                                 continue;
2667                         }
2668                         locked_zone = zone;
2669                 }
2670
2671                 /*
2672                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2673                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2674                  */
2675                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2676                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2677
2678                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2679                 free_unref_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2680                                 order);
2681         }
2682
2683         if (pcp) {
2684                 pcp_spin_unlock(pcp);
2685                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2686         }
2687         folio_batch_reinit(folios);
2688 }
2689
2690 /*
2691  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2692  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2693  * Each sub-page must be freed individually.
2694  *
2695  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2696  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2697  */
2698 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2699 {
2700         int i;
2701
2702         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2703         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2704
2705         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2706                 set_page_refcounted(page + i);
2707         split_page_owner(page, order, 0);
2708         pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
2709         split_page_memcg(page, order, 0);
2710 }
2711 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2712
2713 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2714 {
2715         struct zone *zone = page_zone(page);
2716         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2717
2718         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2719                 unsigned long watermark;
2720                 /*
2721                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2722                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2723                  * watermark, because we already know our high-order page
2724                  * exists.
2725                  */
2726                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2727                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2728                         return 0;
2729         }
2730
2731         del_page_from_free_list(page, zone, order, mt);
2732
2733         /*
2734          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2735          * pageblock
2736          */
2737         if (order >= pageblock_order - 1) {
2738                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2739                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2740                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2741                         /*
2742                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2743                          * with others)
2744                          */
2745                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2746                                 move_freepages_block(zone, page, mt,
2747                                                      MIGRATE_MOVABLE);
2748                 }
2749         }
2750
2751         return 1UL << order;
2752 }
2753
2754 /**
2755  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2756  * @page: Page that was isolated
2757  * @order: Order of the isolated page
2758  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2759  *
2760  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2761  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2762  */
2763 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2764 {
2765         struct zone *zone = page_zone(page);
2766
2767         /* zone lock should be held when this function is called */
2768         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2769
2770         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2771         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2772                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2773 }
2774
2775 /*
2776  * Update NUMA hit/miss statistics
2777  */
2778 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2779                                    long nr_account)
2780 {
2781 #ifdef CONFIG_NUMA
2782         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2783
2784         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2785         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2786                 return;
2787
2788         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2789                 local_stat = NUMA_OTHER;
2790
2791         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2792                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2793         else {
2794                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2795                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2796         }
2797         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2798 #endif
2799 }
2800
2801 static __always_inline
2802 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2803                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2804                            int migratetype)
2805 {
2806         struct page *page;
2807         unsigned long flags;
2808
2809         do {
2810                 page = NULL;
2811                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2812                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2813                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2814                 if (!page) {
2815                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2816
2817                         /*
2818                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2819                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2820                          * failing a high-order atomic allocation in the
2821                          * future.
2822                          */
2823                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2824                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2825
2826                         if (!page) {
2827                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2828                                 return NULL;
2829                         }
2830                 }
2831                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2832         } while (check_new_pages(page, order));
2833
2834         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2835         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2836
2837         return page;
2838 }
2839
2840 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
2841 {
2842         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
2843         int high_max, high_min;
2844
2845         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2846         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2847         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2848         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2849
2850         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2851         if (unlikely(high < base_batch))
2852                 return 1;
2853
2854         if (order)
2855                 batch = base_batch;
2856         else
2857                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
2858
2859         /*
2860          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
2861          * zone.
2862          */
2863         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
2864                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
2865
2866         if (!order) {
2867                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
2868                 /*
2869                  * Double the number of pages allocated each time there is
2870                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
2871                  */
2872                 if (batch <= max_nr_alloc &&
2873                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
2874                         pcp->alloc_factor++;
2875                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
2876         }
2877
2878         /*
2879          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
2880          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
2881          * for boot pagesets which should never store free pages as
2882          * the pages may belong to arbitrary zones.
2883          */
2884         if (batch > 1)
2885                 batch = max(batch >> order, 2);
2886
2887         return batch;
2888 }
2889
2890 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2891 static inline
2892 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2893                         int migratetype,
2894                         unsigned int alloc_flags,
2895                         struct per_cpu_pages *pcp,
2896                         struct list_head *list)
2897 {
2898         struct page *page;
2899
2900         do {
2901                 if (list_empty(list)) {
2902                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
2903                         int alloced;
2904
2905                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2906                                         batch, list,
2907                                         migratetype, alloc_flags);
2908
2909                         pcp->count += alloced << order;
2910                         if (unlikely(list_empty(list)))
2911                                 return NULL;
2912                 }
2913
2914                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2915                 list_del(&page->pcp_list);
2916                 pcp->count -= 1 << order;
2917         } while (check_new_pages(page, order));
2918
2919         return page;
2920 }
2921
2922 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2923 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2924                         struct zone *zone, unsigned int order,
2925                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2926 {
2927         struct per_cpu_pages *pcp;
2928         struct list_head *list;
2929         struct page *page;
2930         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2931
2932         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2933         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2934         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2935         if (!pcp) {
2936                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2937                 return NULL;
2938         }
2939
2940         /*
2941          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2942          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2943          * frees.
2944          */
2945         pcp->free_count >>= 1;
2946         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2947         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2948         pcp_spin_unlock(pcp);
2949         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2950         if (page) {
2951                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2952                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2953         }
2954         return page;
2955 }
2956
2957 /*
2958  * Allocate a page from the given zone.
2959  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2960  */
2961
2962 /*
2963  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2964  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2965  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2966  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2967  */
2968 __no_sanitize_memory
2969 static inline
2970 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2971                         struct zone *zone, unsigned int order,
2972                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2973                         int migratetype)
2974 {
2975         struct page *page;
2976
2977         /*
2978          * We most definitely don't want callers attempting to
2979          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2980          */
2981         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2982
2983         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2984                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2985                                        migratetype, alloc_flags);
2986                 if (likely(page))
2987                         goto out;
2988         }
2989
2990         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2991                                                         migratetype);
2992
2993 out:
2994         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2995         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2996             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2997                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2998                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2999         }
3000
3001         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3002         return page;
3003 }
3004
3005 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3006 {
3007         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3008 }
3009 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3010
3011 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3012                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3013 {
3014         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3015
3016         /*
3017          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3018          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3019          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3020          */
3021         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3022                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3023
3024 #ifdef CONFIG_CMA
3025         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3026         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3027                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3028 #endif
3029 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
3030         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
3031 #endif
3032
3033         return unusable_free;
3034 }
3035
3036 /*
3037  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3038  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3039  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3040  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3041  */
3042 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3043                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3044                          long free_pages)
3045 {
3046         long min = mark;
3047         int o;
3048
3049         /* free_pages may go negative - that's OK */
3050         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3051
3052         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3053                 /*
3054                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3055                  * as OOM.
3056                  */
3057                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3058                         min -= min / 2;
3059
3060                         /*
3061                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3062                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3063                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3064                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3065                          * access to the min reserve.
3066                          */
3067                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3068                                 min -= min / 4;
3069                 }
3070
3071                 /*
3072                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3073                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3074                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3075                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3076                  */
3077                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3078                         min -= min / 2;
3079         }
3080
3081         /*
3082          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3083          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3084          * even if a suitable page happened to be free.
3085          */
3086         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3087                 return false;
3088
3089         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3090         if (!order)
3091                 return true;
3092
3093         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3094         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3095                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3096                 int mt;
3097
3098                 if (!area->nr_free)
3099                         continue;
3100
3101                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3102                         if (!free_area_empty(area, mt))
3103                                 return true;
3104                 }
3105
3106 #ifdef CONFIG_CMA
3107                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3108                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3109                         return true;
3110                 }
3111 #endif
3112                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3113                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3114                         return true;
3115                 }
3116         }
3117         return false;
3118 }
3119
3120 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3121                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3122 {
3123         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3124                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3125 }
3126
3127 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3128                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3129                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3130 {
3131         long free_pages;
3132
3133         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3134
3135         /*
3136          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3137          * need to be calculated.
3138          */
3139         if (!order) {
3140                 long usable_free;
3141                 long reserved;
3142
3143                 usable_free = free_pages;
3144                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3145
3146                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3147                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3148                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3149                         return true;
3150         }
3151
3152         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3153                                         free_pages))
3154                 return true;
3155
3156         /*
3157          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3158          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3159          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3160          * when below the low watermark.
3161          */
3162         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3163                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3164                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3165                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3166                                         alloc_flags, free_pages);
3167         }
3168
3169         return false;
3170 }
3171
3172 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3173                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3174 {
3175         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3176
3177         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3178                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3179
3180         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3181                                                                 free_pages);
3182 }
3183
3184 #ifdef CONFIG_NUMA
3185 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3186
3187 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3188 {
3189         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3190                                 node_reclaim_distance;
3191 }
3192 #else   /* CONFIG_NUMA */
3193 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3194 {
3195         return true;
3196 }
3197 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3198
3199 /*
3200  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3201  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3202  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3203  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3204  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3205  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3206  */
3207 static inline unsigned int
3208 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3209 {
3210         unsigned int alloc_flags;
3211
3212         /*
3213          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3214          * to save a branch.
3215          */
3216         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3217
3218 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3219         if (!zone)
3220                 return alloc_flags;
3221
3222         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3223                 return alloc_flags;
3224
3225         /*
3226          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3227          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3228          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3229          */
3230         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3231         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3232                 return alloc_flags;
3233
3234         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3235 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3236         return alloc_flags;
3237 }
3238
3239 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3240 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3241                                                   unsigned int alloc_flags)
3242 {
3243 #ifdef CONFIG_CMA
3244         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3245                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3246 #endif
3247         return alloc_flags;
3248 }
3249
3250 /*
3251  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3252  * a page.
3253  */
3254 static struct page *
3255 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3256                                                 const struct alloc_context *ac)
3257 {
3258         struct zoneref *z;
3259         struct zone *zone;
3260         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3261         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3262         bool no_fallback;
3263
3264 retry:
3265         /*
3266          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3267          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3268          */
3269         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3270         z = ac->preferred_zoneref;
3271         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3272                                         ac->nodemask) {
3273                 struct page *page;
3274                 unsigned long mark;
3275
3276                 if (cpusets_enabled() &&
3277                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3278                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3279                                 continue;
3280                 /*
3281                  * When allocating a page cache page for writing, we
3282                  * want to get it from a node that is within its dirty
3283                  * limit, such that no single node holds more than its
3284                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3285                  * The dirty limits take into account the node's
3286                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3287                  * should be able to balance it without having to
3288                  * write pages from its LRU list.
3289                  *
3290                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3291                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3292                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3293                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3294                  * nodes are together not big enough to reach the
3295                  * global limit.  The proper fix for these situations
3296                  * will require awareness of nodes in the
3297                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3298                  */
3299                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3300                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3301                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3302                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3303                         }
3304
3305                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3306                                 continue;
3307                 }
3308
3309                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3310                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3311                         int local_nid;
3312
3313                         /*
3314                          * If moving to a remote node, retry but allow
3315                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3316                          * than fragmentation avoidance.
3317                          */
3318                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3319                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3320                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3321                                 goto retry;
3322                         }
3323                 }
3324
3325                 /*
3326                  * Detect whether the number of free pages is below high
3327                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3328                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3329                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3330                  * avoid to do that in hotter free path.
3331                  */
3332                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3333                         goto check_alloc_wmark;
3334
3335                 mark = high_wmark_pages(zone);
3336                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3337                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3338                                         gfp_mask))
3339                         goto try_this_zone;
3340                 else
3341                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3342
3343 check_alloc_wmark:
3344                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3345                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3346                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3347                                        gfp_mask)) {
3348                         int ret;
3349
3350                         if (has_unaccepted_memory()) {
3351                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3352                                         goto try_this_zone;
3353                         }
3354
3355 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3356                         /*
3357                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3358                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3359                          */
3360                         if (deferred_pages_enabled()) {
3361                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3362                                         goto try_this_zone;
3363                         }
3364 #endif
3365                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3366                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3367                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3368                                 goto try_this_zone;
3369
3370                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3371                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3372                                 continue;
3373
3374                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3375                         switch (ret) {
3376                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3377                                 /* did not scan */
3378                                 continue;
3379                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3380                                 /* scanned but unreclaimable */
3381                                 continue;
3382                         default:
3383                                 /* did we reclaim enough */
3384                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3385                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3386                                         goto try_this_zone;
3387
3388                                 continue;
3389                         }
3390                 }
3391
3392 try_this_zone:
3393                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3394                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3395                 if (page) {
3396                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3397
3398                         /*
3399                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3400                          * if the pageblock should be reserved for the future
3401                          */
3402                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3403                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone);
3404
3405                         return page;
3406                 } else {
3407                         if (has_unaccepted_memory()) {
3408                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3409                                         goto try_this_zone;
3410                         }
3411
3412 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3413                         /* Try again if zone has deferred pages */
3414                         if (deferred_pages_enabled()) {
3415                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3416                                         goto try_this_zone;
3417                         }
3418 #endif
3419                 }
3420         }
3421
3422         /*
3423          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3424          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3425          */
3426         if (no_fallback) {
3427                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3428                 goto retry;
3429         }
3430
3431         return NULL;
3432 }
3433
3434 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3435 {
3436         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3437
3438         /*
3439          * This documents exceptions given to allocations in certain
3440          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3441          * of allowed nodes.
3442          */
3443         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3444                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3445                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3446                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3447         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3448                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3449
3450         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3451 }
3452
3453 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3454 {
3455         struct va_format vaf;
3456         va_list args;
3457         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3458
3459         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3460              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3461              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3462                 return;
3463
3464         va_start(args, fmt);
3465         vaf.fmt = fmt;
3466         vaf.va = &args;
3467         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3468                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3469                         nodemask_pr_args(nodemask));
3470         va_end(args);
3471
3472         cpuset_print_current_mems_allowed();
3473         pr_cont("\n");
3474         dump_stack();
3475         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3476 }
3477
3478 static inline struct page *
3479 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3480                               unsigned int alloc_flags,
3481                               const struct alloc_context *ac)
3482 {
3483         struct page *page;
3484
3485         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3486                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3487         /*
3488          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3489          * are depleted
3490          */
3491         if (!page)
3492                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3493                                 alloc_flags, ac);
3494
3495         return page;
3496 }
3497
3498 static inline struct page *
3499 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3500         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3501 {
3502         struct oom_control oc = {
3503                 .zonelist = ac->zonelist,
3504                 .nodemask = ac->nodemask,
3505                 .memcg = NULL,
3506                 .gfp_mask = gfp_mask,
3507                 .order = order,
3508         };
3509         struct page *page;
3510
3511         *did_some_progress = 0;
3512
3513         /*
3514          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3515          * making progress for us.
3516          */
3517         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3518                 *did_some_progress = 1;
3519                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3520                 return NULL;
3521         }
3522
3523         /*
3524          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3525          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3526          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3527          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3528          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3529          */
3530         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3531                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3532                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3533         if (page)
3534                 goto out;
3535
3536         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3537         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3538                 goto out;
3539         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3540         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3541                 goto out;
3542         /*
3543          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3544          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3545          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3546          * fallback than shooting a random task.
3547          *
3548          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3549          */
3550         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3551                 goto out;
3552         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3553         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3554                 goto out;
3555         if (pm_suspended_storage())
3556                 goto out;
3557         /*
3558          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3559          * other request to make a forward progress.
3560          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3561          * do much for this context but let's try it to at least get
3562          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3563          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3564          * failures more gracefully we should just bail out here.
3565          */
3566
3567         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3568         if (out_of_memory(&oc) ||
3569             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3570                 *did_some_progress = 1;
3571
3572                 /*
3573                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3574                  * reserves
3575                  */
3576                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3577                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3578                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3579         }
3580 out:
3581         mutex_unlock(&oom_lock);
3582         return page;
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3587  * killer is consider as the only way to move forward.
3588  */
3589 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3590
3591 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3592 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3593 static struct page *
3594 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3595                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3596                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3597 {
3598         struct page *page = NULL;
3599         unsigned long pflags;
3600         unsigned int noreclaim_flag;
3601
3602         if (!order)
3603                 return NULL;
3604
3605         psi_memstall_enter(&pflags);
3606         delayacct_compact_start();
3607         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3608
3609         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3610                                                                 prio, &page);
3611
3612         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3613         psi_memstall_leave(&pflags);
3614         delayacct_compact_end();
3615
3616         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3617                 return NULL;
3618         /*
3619          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3620          * count a compaction stall
3621          */
3622         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3623
3624         /* Prep a captured page if available */
3625         if (page)
3626                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3627
3628         /* Try get a page from the freelist if available */
3629         if (!page)
3630                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3631
3632         if (page) {
3633                 struct zone *zone = page_zone(page);
3634
3635                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3636                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3637                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3638                 return page;
3639         }
3640
3641         /*
3642          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3643          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3644          */
3645         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3646
3647         cond_resched();
3648
3649         return NULL;
3650 }
3651
3652 static inline bool
3653 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3654                      enum compact_result compact_result,
3655                      enum compact_priority *compact_priority,
3656                      int *compaction_retries)
3657 {
3658         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3659         int min_priority;
3660         bool ret = false;
3661         int retries = *compaction_retries;
3662         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3663
3664         if (!order)
3665                 return false;
3666
3667         if (fatal_signal_pending(current))
3668                 return false;
3669
3670         /*
3671          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3672          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3673          */
3674         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3675                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3676                 goto out;
3677         }
3678
3679         /*
3680          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3681          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3682          */
3683         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3684                 /*
3685                  * !costly requests are much more important than
3686                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3687                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3688                  * costly can fail and users are ready to cope with
3689                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3690                  * need much more detailed feedback from compaction to
3691                  * make a better decision.
3692                  */
3693                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3694                         max_retries /= 4;
3695
3696                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3697                         ret = true;
3698                         goto out;
3699                 }
3700         }
3701
3702         /*
3703          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3704          */
3705         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3706                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3707
3708         if (*compact_priority > min_priority) {
3709                 (*compact_priority)--;
3710                 *compaction_retries = 0;
3711                 ret = true;
3712         }
3713 out:
3714         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3715         return ret;
3716 }
3717 #else
3718 static inline struct page *
3719 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3720                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3721                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3722 {
3723         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3724         return NULL;
3725 }
3726
3727 static inline bool
3728 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3729                      enum compact_result compact_result,
3730                      enum compact_priority *compact_priority,
3731                      int *compaction_retries)
3732 {
3733         struct zone *zone;
3734         struct zoneref *z;
3735
3736         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3737                 return false;
3738
3739         /*
3740          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3741          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3742          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3743          * watermarks are OK.
3744          */
3745         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3746                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3747                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3748                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3749                         return true;
3750         }
3751         return false;
3752 }
3753 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3754
3755 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3756 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3757         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3758
3759 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3760 {
3761         /* no reclaim without waiting on it */
3762         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3763                 return false;
3764
3765         /* this guy won't enter reclaim */
3766         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3767                 return false;
3768
3769         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3770                 return false;
3771
3772         return true;
3773 }
3774
3775 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3776 {
3777         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3778 }
3779
3780 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3781 {
3782         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3783 }
3784
3785 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3786 {
3787         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3788
3789         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3790                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3791                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3792
3793 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3794                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3795                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3796 #endif
3797
3798         }
3799 }
3800 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3801
3802 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3803 {
3804         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3805
3806         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3807                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3808                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3809         }
3810 }
3811 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3812 #endif
3813
3814 /*
3815  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3816  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3817  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3818  * embedded spin_lock.
3819  */
3820 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3821
3822 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3823 {
3824         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3825                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3826
3827         return 0;
3828 }
3829
3830 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3831 {
3832         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3833                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3834
3835         return seq;
3836 }
3837
3838 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3839 static unsigned long
3840 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3841                                         const struct alloc_context *ac)
3842 {
3843         unsigned int noreclaim_flag;
3844         unsigned long progress;
3845
3846         cond_resched();
3847
3848         /* We now go into synchronous reclaim */
3849         cpuset_memory_pressure_bump();
3850         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3851         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3852
3853         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3854                                                                 ac->nodemask);
3855
3856         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3857         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3858
3859         cond_resched();
3860
3861         return progress;
3862 }
3863
3864 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3865 static inline struct page *
3866 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3867                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3868                 unsigned long *did_some_progress)
3869 {
3870         struct page *page = NULL;
3871         unsigned long pflags;
3872         bool drained = false;
3873
3874         psi_memstall_enter(&pflags);
3875         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3876         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3877                 goto out;
3878
3879 retry:
3880         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3881
3882         /*
3883          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3884          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3885          * Shrink them and try again
3886          */
3887         if (!page && !drained) {
3888                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3889                 drain_all_pages(NULL);
3890                 drained = true;
3891                 goto retry;
3892         }
3893 out:
3894         psi_memstall_leave(&pflags);
3895
3896         return page;
3897 }
3898
3899 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3900                              const struct alloc_context *ac)
3901 {
3902         struct zoneref *z;
3903         struct zone *zone;
3904         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3905         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3906
3907         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3908                                         ac->nodemask) {
3909                 if (!managed_zone(zone))
3910                         continue;
3911                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3912                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3913                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3914                 }
3915         }
3916 }
3917
3918 static inline unsigned int
3919 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3920 {
3921         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3922
3923         /*
3924          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3925          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3926          * to save two branches.
3927          */
3928         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3929         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3930
3931         /*
3932          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3933          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3934          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3935          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3936          */
3937         alloc_flags |= (__force int)
3938                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3939
3940         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3941                 /*
3942                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3943                  * if it can't schedule.
3944                  */
3945                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3946                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3947
3948                         if (order > 0)
3949                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3950                 }
3951
3952                 /*
3953                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3954                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3955                  * cpuset_node_allowed().
3956                  */
3957                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3958                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3959         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3960                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3961
3962         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3963
3964         return alloc_flags;
3965 }
3966
3967 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3968 {
3969         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3970                 return false;
3971
3972         /*
3973          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3974          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3975          */
3976         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3977                 return false;
3978
3979         return true;
3980 }
3981
3982 /*
3983  * Distinguish requests which really need access to full memory
3984  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3985  */
3986 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3987 {
3988         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3989                 return 0;
3990         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3991                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3992         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3993                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3994         if (!in_interrupt()) {
3995                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3996                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3997                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3998                         return ALLOC_OOM;
3999         }
4000
4001         return 0;
4002 }
4003
4004 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4005 {
4006         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4007 }
4008
4009 /*
4010  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4011  * for the given allocation request.
4012  *
4013  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4014  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4015  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4016  *
4017  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4018  */
4019 static inline bool
4020 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4021                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4022                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4023 {
4024         struct zone *zone;
4025         struct zoneref *z;
4026         bool ret = false;
4027
4028         /*
4029          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4030          * their order will become available due to high fragmentation so
4031          * always increment the no progress counter for them
4032          */
4033         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4034                 *no_progress_loops = 0;
4035         else
4036                 (*no_progress_loops)++;
4037
4038         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
4039                 goto out;
4040
4041
4042         /*
4043          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4044          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4045          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4046          * screwed and have to go OOM.
4047          */
4048         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4049                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4050                 unsigned long available;
4051                 unsigned long reclaimable;
4052                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4053                 bool wmark;
4054
4055                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4056                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4057
4058                 /*
4059                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4060                  * reclaimable pages?
4061                  */
4062                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4063                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4064                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4065                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4066                 if (wmark) {
4067                         ret = true;
4068                         break;
4069                 }
4070         }
4071
4072         /*
4073          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4074          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4075          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4076          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4077          * here rather than calling cond_resched().
4078          */
4079         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4080                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4081         else
4082                 cond_resched();
4083 out:
4084         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4085         if (!ret)
4086                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4087
4088         return ret;
4089 }
4090
4091 static inline bool
4092 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4093 {
4094         /*
4095          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4096          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4097          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4098          * such a way the check therein was true, and then it became false
4099          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4100          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4101          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4102          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4103          * caller can deal with a violated nodemask.
4104          */
4105         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4106                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4107                 ac->nodemask = NULL;
4108                 return true;
4109         }
4110
4111         /*
4112          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4113          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4114          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4115          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4116          * retry.
4117          */
4118         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4119                 return true;
4120
4121         return false;
4122 }
4123
4124 static inline struct page *
4125 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4126                                                 struct alloc_context *ac)
4127 {
4128         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4129         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4130         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4131         struct page *page = NULL;
4132         unsigned int alloc_flags;
4133         unsigned long did_some_progress;
4134         enum compact_priority compact_priority;
4135         enum compact_result compact_result;
4136         int compaction_retries;
4137         int no_progress_loops;
4138         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4139         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4140         int reserve_flags;
4141
4142 restart:
4143         compaction_retries = 0;
4144         no_progress_loops = 0;
4145         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4146         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4147         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4148
4149         /*
4150          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4151          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4152          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4153          */
4154         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4155
4156         /*
4157          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4158          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4159          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4160          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4161          */
4162         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4163                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4164         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4165                 goto nopage;
4166
4167         /*
4168          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4169          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4170          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4171          */
4172         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4173                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4174                                         ac->highest_zoneidx,
4175                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4176                 if (!z->zone)
4177                         goto nopage;
4178         }
4179
4180         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4181                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4182
4183         /*
4184          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4185          * that first
4186          */
4187         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4188         if (page)
4189                 goto got_pg;
4190
4191         /*
4192          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4193          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4194          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4195          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4196          * same migratetype.
4197          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4198          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4199          */
4200         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4201                         (costly_order ||
4202                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4203                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4204                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4205                                                 alloc_flags, ac,
4206                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4207                                                 &compact_result);
4208                 if (page)
4209                         goto got_pg;
4210
4211                 /*
4212                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4213                  * includes some THP page fault allocations
4214                  */
4215                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4216                         /*
4217                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4218                          * failed because all zones are below low watermarks
4219                          * or is prohibited because it recently failed at this
4220                          * order, fail immediately unless the allocator has
4221                          * requested compaction and reclaim retry.
4222                          *
4223                          * Reclaim is
4224                          *  - potentially very expensive because zones are far
4225                          *    below their low watermarks or this is part of very
4226                          *    bursty high order allocations,
4227                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4228                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4229                          *    linear scan, and
4230                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4231                          *    own.
4232                          */
4233                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4234                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4235                                 goto nopage;
4236
4237                         /*
4238                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4239                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4240                          * using async compaction.
4241                          */
4242                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4243                 }
4244         }
4245
4246 retry:
4247         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4248         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4249                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4250
4251         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4252         if (reserve_flags)
4253                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4254                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4255
4256         /*
4257          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4258          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4259          * user oriented.
4260          */
4261         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4262                 ac->nodemask = NULL;
4263                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4264                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4265         }
4266
4267         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4268         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4269         if (page)
4270                 goto got_pg;
4271
4272         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4273         if (!can_direct_reclaim)
4274                 goto nopage;
4275
4276         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4277         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4278                 goto nopage;
4279
4280         /* Try direct reclaim and then allocating */
4281         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4282                                                         &did_some_progress);
4283         if (page)
4284                 goto got_pg;
4285
4286         /* Try direct compaction and then allocating */
4287         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4288                                         compact_priority, &compact_result);
4289         if (page)
4290                 goto got_pg;
4291
4292         /* Do not loop if specifically requested */
4293         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4294                 goto nopage;
4295
4296         /*
4297          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4298          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4299          */
4300         if (costly_order && (!can_compact ||
4301                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4302                 goto nopage;
4303
4304         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4305                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4306                 goto retry;
4307
4308         /*
4309          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4310          * reclaim is not able to make any progress because the current
4311          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4312          * of free memory (see __compaction_suitable)
4313          */
4314         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4315                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4316                                 compact_result, &compact_priority,
4317                                 &compaction_retries))
4318                 goto retry;
4319
4320
4321         /*
4322          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4323          * a unnecessary OOM kill.
4324          */
4325         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4326             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4327                 goto restart;
4328
4329         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4330         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4331         if (page)
4332                 goto got_pg;
4333
4334         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4335         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4336             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4337              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4338                 goto nopage;
4339
4340         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4341         if (did_some_progress) {
4342                 no_progress_loops = 0;
4343                 goto retry;
4344         }
4345
4346 nopage:
4347         /*
4348          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4349          * a unnecessary OOM kill.
4350          */
4351         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4352             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4353                 goto restart;
4354
4355         /*
4356          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4357          * we always retry
4358          */
4359         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4360                 /*
4361                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4362                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4363                  */
4364                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4365                         goto fail;
4366
4367                 /*
4368                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4369                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4370                  * for somebody to do a work for us
4371                  */
4372                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4373
4374                 /*
4375                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4376                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4377                  * so that we can identify them and convert them to something
4378                  * else.
4379                  */
4380                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4381
4382                 /*
4383                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4384                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4385                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4386                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4387                  * the situation worse.
4388                  */
4389                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4390                 if (page)
4391                         goto got_pg;
4392
4393                 cond_resched();
4394                 goto retry;
4395         }
4396 fail:
4397         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4398                         "page allocation failure: order:%u", order);
4399 got_pg:
4400         return page;
4401 }
4402
4403 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4404                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4405                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4406                 unsigned int *alloc_flags)
4407 {
4408         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4409         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4410         ac->nodemask = nodemask;
4411         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4412
4413         if (cpusets_enabled()) {
4414                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4415                 /*
4416                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4417                  * to the current task context. It means that any node ok.
4418                  */
4419                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4420                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4421                 else
4422                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4423         }
4424
4425         might_alloc(gfp_mask);
4426
4427         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4428                 return false;
4429
4430         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4431
4432         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4433         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4434
4435         /*
4436          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4437          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4438          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4439          */
4440         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4441                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4442
4443         return true;
4444 }
4445
4446 /*
4447  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4448  * @gfp: GFP flags for the allocation
4449  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4450  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4451  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4452  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4453  * @page_array: Optional array to store the pages
4454  *
4455  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4456  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4457  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4458  *
4459  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4460  *
4461  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4462  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4463  *
4464  * Returns the number of pages on the list or array.
4465  */
4466 unsigned long alloc_pages_bulk_noprof(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4467                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4468                         struct list_head *page_list,
4469                         struct page **page_array)
4470 {
4471         struct page *page;
4472         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4473         struct zone *zone;
4474         struct zoneref *z;
4475         struct per_cpu_pages *pcp;
4476         struct list_head *pcp_list;
4477         struct alloc_context ac;
4478         gfp_t alloc_gfp;
4479         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4480         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4481
4482         /*
4483          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4484          * to be allocated before disabling IRQs.
4485          */
4486         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4487                 nr_populated++;
4488
4489         /* No pages requested? */
4490         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4491                 goto out;
4492
4493         /* Already populated array? */
4494         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4495                 goto out;
4496
4497         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4498         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4499                 goto failed;
4500
4501         /* Use the single page allocator for one page. */
4502         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4503                 goto failed;
4504
4505 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4506         /*
4507          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4508          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4509          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4510          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4511          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4512          */
4513         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4514                 goto failed;
4515 #endif
4516
4517         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4518         gfp &= gfp_allowed_mask;
4519         alloc_gfp = gfp;
4520         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4521                 goto out;
4522         gfp = alloc_gfp;
4523
4524         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4525         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4526                 unsigned long mark;
4527
4528                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4529                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4530                         continue;
4531                 }
4532
4533                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4534                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4535                         goto failed;
4536                 }
4537
4538                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4539                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4540                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4541                                 alloc_flags, gfp)) {
4542                         break;
4543                 }
4544         }
4545
4546         /*
4547          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4548          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4549          */
4550         if (unlikely(!zone))
4551                 goto failed;
4552
4553         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4554         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4555         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4556         if (!pcp)
4557                 goto failed_irq;
4558
4559         /* Attempt the batch allocation */
4560         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4561         while (nr_populated < nr_pages) {
4562
4563                 /* Skip existing pages */
4564                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4565                         nr_populated++;
4566                         continue;
4567                 }
4568
4569                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4570                                                                 pcp, pcp_list);
4571                 if (unlikely(!page)) {
4572                         /* Try and allocate at least one page */
4573                         if (!nr_account) {
4574                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4575                                 goto failed_irq;
4576                         }
4577                         break;
4578                 }
4579                 nr_account++;
4580
4581                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4582                 if (page_list)
4583                         list_add(&page->lru, page_list);
4584                 else
4585                         page_array[nr_populated] = page;
4586                 nr_populated++;
4587         }
4588
4589         pcp_spin_unlock(pcp);
4590         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4591
4592         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4593         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4594
4595 out:
4596         return nr_populated;
4597
4598 failed_irq:
4599         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4600
4601 failed:
4602         page = __alloc_pages_noprof(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4603         if (page) {
4604                 if (page_list)
4605                         list_add(&page->lru, page_list);
4606                 else
4607                         page_array[nr_populated] = page;
4608                 nr_populated++;
4609         }
4610
4611         goto out;
4612 }
4613 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_pages_bulk_noprof);
4614
4615 /*
4616  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4617  */
4618 struct page *__alloc_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4619                                       int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4620 {
4621         struct page *page;
4622         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4623         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4624         struct alloc_context ac = { };
4625
4626         /*
4627          * There are several places where we assume that the order value is sane
4628          * so bail out early if the request is out of bound.
4629          */
4630         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4631                 return NULL;
4632
4633         gfp &= gfp_allowed_mask;
4634         /*
4635          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4636          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4637          * from a particular context which has been marked by
4638          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4639          * movable zones are not used during allocation.
4640          */
4641         gfp = current_gfp_context(gfp);
4642         alloc_gfp = gfp;
4643         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4644                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4645                 return NULL;
4646
4647         /*
4648          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4649          * memory until all local zones are considered.
4650          */
4651         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4652
4653         /* First allocation attempt */
4654         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4655         if (likely(page))
4656                 goto out;
4657
4658         alloc_gfp = gfp;
4659         ac.spread_dirty_pages = false;
4660
4661         /*
4662          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4663          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4664          */
4665         ac.nodemask = nodemask;
4666
4667         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4668
4669 out:
4670         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4671             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4672                 __free_pages(page, order);
4673                 page = NULL;
4674         }
4675
4676         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4677         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4678
4679         return page;
4680 }
4681 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_noprof);
4682
4683 struct folio *__folio_alloc_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4684                 nodemask_t *nodemask)
4685 {
4686         struct page *page = __alloc_pages_noprof(gfp | __GFP_COMP, order,
4687                                         preferred_nid, nodemask);
4688         return page_rmappable_folio(page);
4689 }
4690 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc_noprof);
4691
4692 /*
4693  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4694  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4695  * you need to access high mem.
4696  */
4697 unsigned long get_free_pages_noprof(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4698 {
4699         struct page *page;
4700
4701         page = alloc_pages_noprof(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4702         if (!page)
4703                 return 0;
4704         return (unsigned long) page_address(page);
4705 }
4706 EXPORT_SYMBOL(get_free_pages_noprof);
4707
4708 unsigned long get_zeroed_page_noprof(gfp_t gfp_mask)
4709 {
4710         return get_free_pages_noprof(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
4711 }
4712 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page_noprof);
4713
4714 /**
4715  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4716  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4717  * @order: The order of the allocation.
4718  *
4719  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4720  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4721  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4722  * than was allocated will probably emit a warning.
4723  *
4724  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4725  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4726  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4727  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4728  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4729  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4730  *
4731  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4732  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4733  */
4734 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4735 {
4736         /* get PageHead before we drop reference */
4737         int head = PageHead(page);
4738         struct alloc_tag *tag = pgalloc_tag_get(page);
4739
4740         if (put_page_testzero(page))
4741                 free_unref_page(page, order);
4742         else if (!head) {
4743                 pgalloc_tag_sub_pages(tag, (1 << order) - 1);
4744                 while (order-- > 0)
4745                         free_unref_page(page + (1 << order), order);
4746         }
4747 }
4748 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4749
4750 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4751 {
4752         if (addr != 0) {
4753                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4754                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4755         }
4756 }
4757
4758 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4759
4760 /*
4761  * Page Fragment:
4762  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4763  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4764  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4765  *
4766  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4767  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4768  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4769  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4770  */
4771 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4772                                              gfp_t gfp_mask)
4773 {
4774         struct page *page = NULL;
4775         gfp_t gfp = gfp_mask;
4776
4777 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4778         gfp_mask = (gfp_mask & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) |  __GFP_COMP |
4779                    __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY | __GFP_NOMEMALLOC;
4780         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4781                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4782         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4783 #endif
4784         if (unlikely(!page))
4785                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4786
4787         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4788
4789         return page;
4790 }
4791
4792 void page_frag_cache_drain(struct page_frag_cache *nc)
4793 {
4794         if (!nc->va)
4795                 return;
4796
4797         __page_frag_cache_drain(virt_to_head_page(nc->va), nc->pagecnt_bias);
4798         nc->va = NULL;
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(page_frag_cache_drain);
4801
4802 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4803 {
4804         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4805
4806         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4807                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4808 }
4809 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4810
4811 void *__page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4812                               unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4813                               unsigned int align_mask)
4814 {
4815         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4816         struct page *page;
4817         int offset;
4818
4819         if (unlikely(!nc->va)) {
4820 refill:
4821                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4822                 if (!page)
4823                         return NULL;
4824
4825 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4826                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4827                 size = nc->size;
4828 #endif
4829                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4830                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4831                  */
4832                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4833
4834                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4835                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4836                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4837                 nc->offset = size;
4838         }
4839
4840         offset = nc->offset - fragsz;
4841         if (unlikely(offset < 0)) {
4842                 page = virt_to_page(nc->va);
4843
4844                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4845                         goto refill;
4846
4847                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4848                         free_unref_page(page, compound_order(page));
4849                         goto refill;
4850                 }
4851
4852 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4853                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4854                 size = nc->size;
4855 #endif
4856                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4857                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4858
4859                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4860                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4861                 offset = size - fragsz;
4862                 if (unlikely(offset < 0)) {
4863                         /*
4864                          * The caller is trying to allocate a fragment
4865                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4866                          * enough to satisfy the request, this may
4867                          * happen in low memory conditions.
4868                          * We don't release the cache page because
4869                          * it could make memory pressure worse
4870                          * so we simply return NULL here.
4871                          */
4872                         return NULL;
4873                 }
4874         }
4875
4876         nc->pagecnt_bias--;
4877         offset &= align_mask;
4878         nc->offset = offset;
4879
4880         return nc->va + offset;
4881 }
4882 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_alloc_align);
4883
4884 /*
4885  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4886  */
4887 void page_frag_free(void *addr)
4888 {
4889         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4890
4891         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4892                 free_unref_page(page, compound_order(page));
4893 }
4894 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4895
4896 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4897                 size_t size)
4898 {
4899         if (addr) {
4900                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4901                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4902                 struct page *last = page + nr;
4903
4904                 split_page_owner(page, order, 0);
4905                 pgalloc_tag_split(page, 1 << order);
4906                 split_page_memcg(page, order, 0);
4907                 while (page < --last)
4908                         set_page_refcounted(last);
4909
4910                 last = page + (1UL << order);
4911                 for (page += nr; page < last; page++)
4912                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4913         }
4914         return (void *)addr;
4915 }
4916
4917 /**
4918  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4919  * @size: the number of bytes to allocate
4920  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4921  *
4922  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4923  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4924  * allocate memory in power-of-two pages.
4925  *
4926  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
4927  *
4928  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4929  *
4930  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4931  */
4932 void *alloc_pages_exact_noprof(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4933 {
4934         unsigned int order = get_order(size);
4935         unsigned long addr;
4936
4937         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4938                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4939
4940         addr = get_free_pages_noprof(gfp_mask, order);
4941         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4942 }
4943 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_noprof);
4944
4945 /**
4946  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4947  *                         pages on a node.
4948  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4949  * @size: the number of bytes to allocate
4950  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4951  *
4952  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4953  * back.
4954  *
4955  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4956  */
4957 void * __meminit alloc_pages_exact_nid_noprof(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4958 {
4959         unsigned int order = get_order(size);
4960         struct page *p;
4961
4962         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4963                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4964
4965         p = alloc_pages_node_noprof(nid, gfp_mask, order);
4966         if (!p)
4967                 return NULL;
4968         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4969 }
4970
4971 /**
4972  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4973  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4974  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4975  *
4976  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4977  */
4978 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4979 {
4980         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4981         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4982
4983         while (addr < end) {
4984                 free_page(addr);
4985                 addr += PAGE_SIZE;
4986         }
4987 }
4988 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4989
4990 /**
4991  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4992  * @offset: The zone index of the highest zone
4993  *
4994  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4995  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4996  * zone, the number of pages is calculated as:
4997  *
4998  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4999  *
5000  * Return: number of pages beyond high watermark.
5001  */
5002 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5003 {
5004         struct zoneref *z;
5005         struct zone *zone;
5006
5007         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5008         unsigned long sum = 0;
5009
5010         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5011
5012         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5013                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5014                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5015                 if (size > high)
5016                         sum += size - high;
5017         }
5018
5019         return sum;
5020 }
5021
5022 /**
5023  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5024  *
5025  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5026  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5027  *
5028  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5029  * ZONE_NORMAL.
5030  */
5031 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5032 {
5033         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5034 }
5035 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5036
5037 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5038 {
5039         zoneref->zone = zone;
5040         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5041 }
5042
5043 /*
5044  * Builds allocation fallback zone lists.
5045  *
5046  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5047  */
5048 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5049 {
5050         struct zone *zone;
5051         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5052         int nr_zones = 0;
5053
5054         do {
5055                 zone_type--;
5056                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5057                 if (populated_zone(zone)) {
5058                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5059                         check_highest_zone(zone_type);
5060                 }
5061         } while (zone_type);
5062
5063         return nr_zones;
5064 }
5065
5066 #ifdef CONFIG_NUMA
5067
5068 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5069 {
5070         /*
5071          * We used to support different zonelists modes but they turned
5072          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5073          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5074          * not fail it silently
5075          */
5076         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5077                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5078                 return -EINVAL;
5079         }
5080         return 0;
5081 }
5082
5083 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5084 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5085 /*
5086  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5087  */
5088 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5089                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5090 {
5091         if (write)
5092                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5093         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5094 }
5095
5096 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5097
5098 /**
5099  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5100  * @node: node whose fallback list we're appending
5101  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5102  *
5103  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5104  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5105  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5106  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5107  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5108  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5109  * on them otherwise.
5110  *
5111  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5112  */
5113 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5114 {
5115         int n, val;
5116         int min_val = INT_MAX;
5117         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5118
5119         /*
5120          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5121          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5122          */
5123         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5124                 node_set(node, *used_node_mask);
5125                 return node;
5126         }
5127
5128         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5129
5130                 /* Don't want a node to appear more than once */
5131                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5132                         continue;
5133
5134                 /* Use the distance array to find the distance */
5135                 val = node_distance(node, n);
5136
5137                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5138                 val += (n < node);
5139
5140                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5141                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5142                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5143
5144                 /* Slight preference for less loaded node */
5145                 val *= MAX_NUMNODES;
5146                 val += node_load[n];
5147
5148                 if (val < min_val) {
5149                         min_val = val;
5150                         best_node = n;
5151                 }
5152         }
5153
5154         if (best_node >= 0)
5155                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5156
5157         return best_node;
5158 }
5159
5160
5161 /*
5162  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5163  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5164  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5165  */
5166 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5167                 unsigned nr_nodes)
5168 {
5169         struct zoneref *zonerefs;
5170         int i;
5171
5172         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5173
5174         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5175                 int nr_zones;
5176
5177                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5178
5179                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5180                 zonerefs += nr_zones;
5181         }
5182         zonerefs->zone = NULL;
5183         zonerefs->zone_idx = 0;
5184 }
5185
5186 /*
5187  * Build gfp_thisnode zonelists
5188  */
5189 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5190 {
5191         struct zoneref *zonerefs;
5192         int nr_zones;
5193
5194         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5195         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5196         zonerefs += nr_zones;
5197         zonerefs->zone = NULL;
5198         zonerefs->zone_idx = 0;
5199 }
5200
5201 /*
5202  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5203  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5204  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5205  * may still exist in local DMA zone.
5206  */
5207
5208 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5209 {
5210         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5211         int node, nr_nodes = 0;
5212         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5213         int local_node, prev_node;
5214
5215         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5216         local_node = pgdat->node_id;
5217         prev_node = local_node;
5218
5219         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5220         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5221                 /*
5222                  * We don't want to pressure a particular node.
5223                  * So adding penalty to the first node in same
5224                  * distance group to make it round-robin.
5225                  */
5226                 if (node_distance(local_node, node) !=
5227                     node_distance(local_node, prev_node))
5228                         node_load[node] += 1;
5229
5230                 node_order[nr_nodes++] = node;
5231                 prev_node = node;
5232         }
5233
5234         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5235         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5236         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5237         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5238                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5239         pr_cont("\n");
5240 }
5241
5242 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5243 /*
5244  * Return node id of node used for "local" allocations.
5245  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5246  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5247  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5248  */
5249 int local_memory_node(int node)
5250 {
5251         struct zoneref *z;
5252
5253         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5254                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5255                                    NULL);
5256         return zone_to_nid(z->zone);
5257 }
5258 #endif
5259
5260 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5261 static void setup_min_slab_ratio(void);
5262 #else   /* CONFIG_NUMA */
5263
5264 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5265 {
5266         struct zoneref *zonerefs;
5267         int nr_zones;
5268
5269         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5270         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5271         zonerefs += nr_zones;
5272
5273         zonerefs->zone = NULL;
5274         zonerefs->zone_idx = 0;
5275 }
5276
5277 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5278
5279 /*
5280  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5281  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5282  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5283  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5284  * with interrupts disabled.
5285  *
5286  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5287  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5288  * hotplugged processors.
5289  *
5290  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5291  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5292  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5293  */
5294 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5295 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5296 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5297 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5298 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5299 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5300
5301 static void __build_all_zonelists(void *data)
5302 {
5303         int nid;
5304         int __maybe_unused cpu;
5305         pg_data_t *self = data;
5306         unsigned long flags;
5307
5308         /*
5309          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5310          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5311          */
5312         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5313         /*
5314          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5315          * trying to hold port->lock, for
5316          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5317          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5318          */
5319         printk_deferred_enter();
5320
5321 #ifdef CONFIG_NUMA
5322         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5323 #endif
5324
5325         /*
5326          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5327          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5328          */
5329         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5330                 build_zonelists(self);
5331         } else {
5332                 /*
5333                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5334                  * in free_area_init
5335                  */
5336                 for_each_node(nid) {
5337                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5338
5339                         build_zonelists(pgdat);
5340                 }
5341
5342 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5343                 /*
5344                  * We now know the "local memory node" for each node--
5345                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5346                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5347                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5348                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5349                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5350                  */
5351                 for_each_online_cpu(cpu)
5352                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5353 #endif
5354         }
5355
5356         printk_deferred_exit();
5357         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5358 }
5359
5360 static noinline void __init
5361 build_all_zonelists_init(void)
5362 {
5363         int cpu;
5364
5365         __build_all_zonelists(NULL);
5366
5367         /*
5368          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5369          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5370          * each zone will be allocated later when the per cpu
5371          * allocator is available.
5372          *
5373          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5374          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5375          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5376          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5377          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5378          * (a chicken-egg dilemma).
5379          */
5380         for_each_possible_cpu(cpu)
5381                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5382
5383         mminit_verify_zonelist();
5384         cpuset_init_current_mems_allowed();
5385 }
5386
5387 /*
5388  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5389  *
5390  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5391  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5392  */
5393 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5394 {
5395         unsigned long vm_total_pages;
5396
5397         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5398                 build_all_zonelists_init();
5399         } else {
5400                 __build_all_zonelists(pgdat);
5401                 /* cpuset refresh routine should be here */
5402         }
5403         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5404         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5405         /*
5406          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5407          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5408          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5409          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5410          * disabled and enable it later
5411          */
5412         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5413                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5414         else
5415                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5416
5417         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5418                 nr_online_nodes,
5419                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5420                 vm_total_pages);
5421 #ifdef CONFIG_NUMA
5422         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5423 #endif
5424 }
5425
5426 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5427 {
5428 #ifdef CONFIG_MMU
5429         int batch;
5430
5431         /*
5432          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5433          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5434          * size is striking a balance between allocation latency
5435          * and zone lock contention.
5436          */
5437         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5438         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5439         if (batch < 1)
5440                 batch = 1;
5441
5442         /*
5443          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5444          * of 2 value was found to be more likely to have
5445          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5446          *
5447          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5448          * batches of pages, one task can end up with a lot
5449          * of pages of one half of the possible page colors
5450          * and the other with pages of the other colors.
5451          */
5452         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5453
5454         return batch;
5455
5456 #else
5457         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5458          * conditions.
5459          *
5460          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5461          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5462          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5463          *
5464          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5465          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5466          * can be a significant delay between the individual batches being
5467          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5468          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5469          */
5470         return 0;
5471 #endif
5472 }
5473
5474 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5475 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5476                          int high_fraction)
5477 {
5478 #ifdef CONFIG_MMU
5479         int high;
5480         int nr_split_cpus;
5481         unsigned long total_pages;
5482
5483         if (!high_fraction) {
5484                 /*
5485                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5486                  * low watermark so that if they are full then background
5487                  * reclaim will not be started prematurely.
5488                  */
5489                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5490         } else {
5491                 /*
5492                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5493                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5494                  * zone.
5495                  */
5496                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5497         }
5498
5499         /*
5500          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5501          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5502          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5503          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5504          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5505          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5506          */
5507         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5508         if (!nr_split_cpus)
5509                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5510         high = total_pages / nr_split_cpus;
5511
5512         /*
5513          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5514          * historical relationship between high and batch.
5515          */
5516         high = max(high, batch << 2);
5517
5518         return high;
5519 #else
5520         return 0;
5521 #endif
5522 }
5523
5524 /*
5525  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5526  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5527  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5528  *
5529  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5530  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5531  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5532  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5533  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5534  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5535  * disabled.
5536  *
5537  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5538  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5539  * exist).
5540  */
5541 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5542                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5543 {
5544         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5545         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5546         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5547 }
5548
5549 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5550 {
5551         int pindex;
5552
5553         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5554         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5555
5556         spin_lock_init(&pcp->lock);
5557         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5558                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5559
5560         /*
5561          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5562          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5563          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5564          * pageset yet.
5565          */
5566         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5567         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5568         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5569         pcp->free_count = 0;
5570 }
5571
5572 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5573                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5574 {
5575         struct per_cpu_pages *pcp;
5576         int cpu;
5577
5578         for_each_possible_cpu(cpu) {
5579                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5580                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5581         }
5582 }
5583
5584 /*
5585  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5586  * zone based on the zone's size.
5587  */
5588 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5589 {
5590         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5591
5592         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5593         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5594                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5595                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5596                 /*
5597                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5598                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5599                  */
5600                 new_high_max = new_high_min;
5601         } else {
5602                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5603                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5604                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5605         }
5606
5607         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5608             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5609             zone->pageset_batch == new_batch)
5610                 return;
5611
5612         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5613         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5614         zone->pageset_batch = new_batch;
5615
5616         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5617                                           new_batch);
5618 }
5619
5620 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5621 {
5622         int cpu;
5623
5624         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5625         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5626                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5627
5628         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5629         for_each_possible_cpu(cpu) {
5630                 struct per_cpu_pages *pcp;
5631                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5632
5633                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5634                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5635                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5636         }
5637
5638         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5639 }
5640
5641 /*
5642  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5643  * page high values need to be recalculated.
5644  */
5645 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5646 {
5647         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5648         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5649         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5650 }
5651
5652 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5653 {
5654         struct per_cpu_pages *pcp;
5655         struct cpu_cacheinfo *cci;
5656
5657         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5658         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5659         /*
5660          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5661          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5662          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5663          * This can reduce zone lock contention without hurting
5664          * cache-hot pages sharing.
5665          */
5666         spin_lock(&pcp->lock);
5667         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5668                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5669         else
5670                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5671         spin_unlock(&pcp->lock);
5672 }
5673
5674 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5675 {
5676         struct zone *zone;
5677
5678         for_each_populated_zone(zone)
5679                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5680 }
5681
5682 /*
5683  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5684  * Before this call only boot pagesets were available.
5685  */
5686 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5687 {
5688         struct pglist_data *pgdat;
5689         struct zone *zone;
5690         int __maybe_unused cpu;
5691
5692         for_each_populated_zone(zone)
5693                 setup_zone_pageset(zone);
5694
5695 #ifdef CONFIG_NUMA
5696         /*
5697          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5698          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5699          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5700          * the nodes these zones are associated with.
5701          */
5702         for_each_possible_cpu(cpu) {
5703                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5704                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5705                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5706         }
5707 #endif
5708
5709         for_each_online_pgdat(pgdat)
5710                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5711                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5712 }
5713
5714 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5715 {
5716         /*
5717          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5718          * relies on the ability of the linker to provide the
5719          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5720          */
5721         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5722         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5723         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5724         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5725         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5726
5727         if (populated_zone(zone))
5728                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5729                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5730 }
5731
5732 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5733 {
5734         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5735         totalram_pages_add(count);
5736 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5737         if (PageHighMem(page))
5738                 totalhigh_pages_add(count);
5739 #endif
5740 }
5741 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5742
5743 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5744 {
5745         void *pos;
5746         unsigned long pages = 0;
5747
5748         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5749         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5750         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5751                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5752                 void *direct_map_addr;
5753
5754                 /*
5755                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5756                  * because some architectures' virt_to_page()
5757                  * work with aliases.  Getting the direct map
5758                  * address ensures that we get a _writeable_
5759                  * alias for the memset().
5760                  */
5761                 direct_map_addr = page_address(page);
5762                 /*
5763                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5764                  * has not been initialized.
5765                  */
5766                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5767                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5768                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5769
5770                 free_reserved_page(page);
5771         }
5772
5773         if (pages && s)
5774                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5775
5776         return pages;
5777 }
5778
5779 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5780 {
5781         struct zone *zone;
5782
5783         lru_add_drain_cpu(cpu);
5784         mlock_drain_remote(cpu);
5785         drain_pages(cpu);
5786
5787         /*
5788          * Spill the event counters of the dead processor
5789          * into the current processors event counters.
5790          * This artificially elevates the count of the current
5791          * processor.
5792          */
5793         vm_events_fold_cpu(cpu);
5794
5795         /*
5796          * Zero the differential counters of the dead processor
5797          * so that the vm statistics are consistent.
5798          *
5799          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5800          * race with what we are doing.
5801          */
5802         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5803
5804         for_each_populated_zone(zone)
5805                 zone_pcp_update(zone, 0);
5806
5807         return 0;
5808 }
5809
5810 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5811 {
5812         struct zone *zone;
5813
5814         for_each_populated_zone(zone)
5815                 zone_pcp_update(zone, 1);
5816         return 0;
5817 }
5818
5819 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5820 {
5821         int ret;
5822
5823         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5824                                         "mm/page_alloc:pcp",
5825                                         page_alloc_cpu_online,
5826                                         page_alloc_cpu_dead);
5827         WARN_ON(ret < 0);
5828 }
5829
5830 /*
5831  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5832  *      or min_free_kbytes changes.
5833  */
5834 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5835 {
5836         struct pglist_data *pgdat;
5837         unsigned long reserve_pages = 0;
5838         enum zone_type i, j;
5839
5840         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5841
5842                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5843
5844                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5845                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5846                         long max = 0;
5847                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5848
5849                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5850                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5851                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5852                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5853                         }
5854
5855                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5856                         max += high_wmark_pages(zone);
5857
5858                         if (max > managed_pages)
5859                                 max = managed_pages;
5860
5861                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5862
5863                         reserve_pages += max;
5864                 }
5865         }
5866         totalreserve_pages = reserve_pages;
5867 }
5868
5869 /*
5870  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5871  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5872  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5873  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5874  */
5875 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5876 {
5877         struct pglist_data *pgdat;
5878         enum zone_type i, j;
5879
5880         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5881                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5882                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5883                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5884                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5885                         unsigned long managed_pages = 0;
5886
5887                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5888                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5889                                 bool empty = !zone_managed_pages(upper_zone);
5890
5891                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5892
5893                                 if (clear || empty)
5894                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5895                                 else
5896                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5897                         }
5898                 }
5899         }
5900
5901         /* update totalreserve_pages */
5902         calculate_totalreserve_pages();
5903 }
5904
5905 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5906 {
5907         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5908         unsigned long lowmem_pages = 0;
5909         struct zone *zone;
5910         unsigned long flags;
5911
5912         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
5913         for_each_zone(zone) {
5914                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
5915                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5916         }
5917
5918         for_each_zone(zone) {
5919                 u64 tmp;
5920
5921                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5922                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5923                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
5924                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
5925                         /*
5926                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5927                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
5928                          * to a small  value here.
5929                          *
5930                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5931                          * deltas control async page reclaim, and so should
5932                          * not be capped for highmem and movable zones.
5933                          */
5934                         unsigned long min_pages;
5935
5936                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5937                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5938                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5939                 } else {
5940                         /*
5941                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5942                          * proportionate to the zone's size.
5943                          */
5944                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5945                 }
5946
5947                 /*
5948                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5949                  * scale factor in proportion to available memory, but
5950                  * ensure a minimum size on small systems.
5951                  */
5952                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5953                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5954                                       watermark_scale_factor, 10000));
5955
5956                 zone->watermark_boost = 0;
5957                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5958                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5959                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5960
5961                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5962         }
5963
5964         /* update totalreserve_pages */
5965         calculate_totalreserve_pages();
5966 }
5967
5968 /**
5969  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5970  * or when memory is hot-{added|removed}
5971  *
5972  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5973  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5974  */
5975 void setup_per_zone_wmarks(void)
5976 {
5977         struct zone *zone;
5978         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5979
5980         spin_lock(&lock);
5981         __setup_per_zone_wmarks();
5982         spin_unlock(&lock);
5983
5984         /*
5985          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5986          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5987          */
5988         for_each_zone(zone)
5989                 zone_pcp_update(zone, 0);
5990 }
5991
5992 /*
5993  * Initialise min_free_kbytes.
5994  *
5995  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5996  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5997  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5998  *
5999  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6000  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6001  *
6002  * which yields
6003  *
6004  * 16MB:        512k
6005  * 32MB:        724k
6006  * 64MB:        1024k
6007  * 128MB:       1448k
6008  * 256MB:       2048k
6009  * 512MB:       2896k
6010  * 1024MB:      4096k
6011  * 2048MB:      5792k
6012  * 4096MB:      8192k
6013  * 8192MB:      11584k
6014  * 16384MB:     16384k
6015  */
6016 void calculate_min_free_kbytes(void)
6017 {
6018         unsigned long lowmem_kbytes;
6019         int new_min_free_kbytes;
6020
6021         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6022         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6023
6024         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6025                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6026         else
6027                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6028                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6029
6030 }
6031
6032 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6033 {
6034         calculate_min_free_kbytes();
6035         setup_per_zone_wmarks();
6036         refresh_zone_stat_thresholds();
6037         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6038
6039 #ifdef CONFIG_NUMA
6040         setup_min_unmapped_ratio();
6041         setup_min_slab_ratio();
6042 #endif
6043
6044         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6045
6046         return 0;
6047 }
6048 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6049
6050 /*
6051  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6052  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6053  *      changes.
6054  */
6055 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6056                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6057 {
6058         int rc;
6059
6060         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6061         if (rc)
6062                 return rc;
6063
6064         if (write) {
6065                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6066                 setup_per_zone_wmarks();
6067         }
6068         return 0;
6069 }
6070
6071 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6072                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6073 {
6074         int rc;
6075
6076         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6077         if (rc)
6078                 return rc;
6079
6080         if (write)
6081                 setup_per_zone_wmarks();
6082
6083         return 0;
6084 }
6085
6086 #ifdef CONFIG_NUMA
6087 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6088 {
6089         pg_data_t *pgdat;
6090         struct zone *zone;
6091
6092         for_each_online_pgdat(pgdat)
6093                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6094
6095         for_each_zone(zone)
6096                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6097                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6098 }
6099
6100
6101 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6102                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6103 {
6104         int rc;
6105
6106         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6107         if (rc)
6108                 return rc;
6109
6110         setup_min_unmapped_ratio();
6111
6112         return 0;
6113 }
6114
6115 static void setup_min_slab_ratio(void)
6116 {
6117         pg_data_t *pgdat;
6118         struct zone *zone;
6119
6120         for_each_online_pgdat(pgdat)
6121                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6122
6123         for_each_zone(zone)
6124                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6125                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6126 }
6127
6128 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6129                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6130 {
6131         int rc;
6132
6133         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6134         if (rc)
6135                 return rc;
6136
6137         setup_min_slab_ratio();
6138
6139         return 0;
6140 }
6141 #endif
6142
6143 /*
6144  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6145  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6146  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6147  *
6148  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6149  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6150  * if in function of the boot time zone sizes.
6151  */
6152 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6153                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6154 {
6155         int i;
6156
6157         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6158
6159         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6160                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6161                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6162         }
6163
6164         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6165         return 0;
6166 }
6167
6168 /*
6169  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6170  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6171  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6172  */
6173 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6174                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6175 {
6176         struct zone *zone;
6177         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6178         int ret;
6179
6180         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6181         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6182
6183         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6184         if (!write || ret < 0)
6185                 goto out;
6186
6187         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6188         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6189             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6190                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6191                 ret = -EINVAL;
6192                 goto out;
6193         }
6194
6195         /* No change? */
6196         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6197                 goto out;
6198
6199         for_each_populated_zone(zone)
6200                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6201 out:
6202         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6203         return ret;
6204 }
6205
6206 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6207         {
6208                 .procname       = "min_free_kbytes",
6209                 .data           = &min_free_kbytes,
6210                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6211                 .mode           = 0644,
6212                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6213                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6214         },
6215         {
6216                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6217                 .data           = &watermark_boost_factor,
6218                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6219                 .mode           = 0644,
6220                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6221                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6222         },
6223         {
6224                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6225                 .data           = &watermark_scale_factor,
6226                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6227                 .mode           = 0644,
6228                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6229                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6230                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6231         },
6232         {
6233                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6234                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6235                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6236                 .mode           = 0644,
6237                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6238                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6239         },
6240         {
6241                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6242                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6243                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6244                 .mode           = 0644,
6245                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6246         },
6247 #ifdef CONFIG_NUMA
6248         {
6249                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6250                 .data           = &numa_zonelist_order,
6251                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6252                 .mode           = 0644,
6253                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6254         },
6255         {
6256                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6257                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6258                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6259                 .mode           = 0644,
6260                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6261                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6262                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6263         },
6264         {
6265                 .procname       = "min_slab_ratio",
6266                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6267                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6268                 .mode           = 0644,
6269                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6270                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6271                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6272         },
6273 #endif
6274 };
6275
6276 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6277 {
6278         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6279 }
6280
6281 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6282 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6283 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6284 {
6285         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6286
6287         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6288                 struct page *page;
6289
6290                 dump_stack();
6291                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6292                         dump_page(page, "migration failure");
6293         }
6294 }
6295
6296 /*
6297  * [start, end) must belong to a single zone.
6298  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6299  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6300  */
6301 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6302                                         unsigned long start, unsigned long end,
6303                                         int migratetype)
6304 {
6305         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6306         unsigned int nr_reclaimed;
6307         unsigned long pfn = start;
6308         unsigned int tries = 0;
6309         int ret = 0;
6310         struct migration_target_control mtc = {
6311                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6312                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6313                 .reason = MR_CONTIG_RANGE,
6314         };
6315         struct page *page;
6316         unsigned long total_mapped = 0;
6317         unsigned long total_migrated = 0;
6318         unsigned long total_reclaimed = 0;
6319
6320         lru_cache_disable();
6321
6322         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6323                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6324                         ret = -EINTR;
6325                         break;
6326                 }
6327
6328                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6329                         cc->nr_migratepages = 0;
6330                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6331                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6332                                 break;
6333                         pfn = cc->migrate_pfn;
6334                         tries = 0;
6335                 } else if (++tries == 5) {
6336                         ret = -EBUSY;
6337                         break;
6338                 }
6339
6340                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6341                                                         &cc->migratepages);
6342                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6343
6344                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6345                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6346                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru)
6347                                 total_mapped += page_mapcount(page);
6348                 }
6349
6350                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6351                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6352
6353                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6354                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6355
6356                 /*
6357                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6358                  * to retry again over this error, so do the same here.
6359                  */
6360                 if (ret == -ENOMEM)
6361                         break;
6362         }
6363
6364         lru_cache_enable();
6365         if (ret < 0) {
6366                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6367                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6368                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6369         }
6370
6371         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6372                                                  total_migrated,
6373                                                  total_reclaimed,
6374                                                  total_mapped);
6375         return (ret < 0) ? ret : 0;
6376 }
6377
6378 /**
6379  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6380  * @start:      start PFN to allocate
6381  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6382  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6383  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6384  *                      in range must have the same migratetype and it must
6385  *                      be either of the two.
6386  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6387  *
6388  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6389  * belong to a single zone.
6390  *
6391  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6392  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6393  * be modified by others.
6394  *
6395  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6396  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6397  * need to be freed with free_contig_range().
6398  */
6399 int alloc_contig_range_noprof(unsigned long start, unsigned long end,
6400                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6401 {
6402         unsigned long outer_start, outer_end;
6403         int ret = 0;
6404
6405         struct compact_control cc = {
6406                 .nr_migratepages = 0,
6407                 .order = -1,
6408                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6409                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6410                 .ignore_skip_hint = true,
6411                 .no_set_skip_hint = true,
6412                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6413                 .alloc_contig = true,
6414         };
6415         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6416
6417         /*
6418          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6419          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6420          * have different sizes, and due to the way page allocator
6421          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6422          *
6423          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6424          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6425          * we are interested in). This will put all the pages in
6426          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6427          *
6428          * When this is done, we take the pages in range from page
6429          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6430          * page allocator will never consider using them.
6431          *
6432          * This lets us mark the pageblocks back as
6433          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6434          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6435          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6436          */
6437
6438         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6439         if (ret)
6440                 goto done;
6441
6442         drain_all_pages(cc.zone);
6443
6444         /*
6445          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6446          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6447          * which will report the busy page.
6448          *
6449          * It is possible that busy pages could become available before
6450          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6451          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6452          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6453          */
6454         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6455         if (ret && ret != -EBUSY)
6456                 goto done;
6457         ret = 0;
6458
6459         /*
6460          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6461          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6462          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6463          * What we are going to do is to allocate all pages from
6464          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6465          *
6466          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6467          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6468          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6469          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6470          * once this is done free the pages we are not interested in.
6471          *
6472          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6473          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6474          */
6475         outer_start = find_large_buddy(start);
6476
6477         /* Make sure the range is really isolated. */
6478         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6479                 ret = -EBUSY;
6480                 goto done;
6481         }
6482
6483         /* Grab isolated pages from freelists. */
6484         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6485         if (!outer_end) {
6486                 ret = -EBUSY;
6487                 goto done;
6488         }
6489
6490         /* Free head and tail (if any) */
6491         if (start != outer_start)
6492                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6493         if (end != outer_end)
6494                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6495
6496 done:
6497         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6498         return ret;
6499 }
6500 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range_noprof);
6501
6502 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6503                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6504 {
6505         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6506
6507         return alloc_contig_range_noprof(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6508                                    gfp_mask);
6509 }
6510
6511 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6512                                    unsigned long nr_pages)
6513 {
6514         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6515         struct page *page;
6516
6517         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6518                 page = pfn_to_online_page(i);
6519                 if (!page)
6520                         return false;
6521
6522                 if (page_zone(page) != z)
6523                         return false;
6524
6525                 if (PageReserved(page))
6526                         return false;
6527
6528                 if (PageHuge(page))
6529                         return false;
6530         }
6531         return true;
6532 }
6533
6534 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6535                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6536 {
6537         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6538
6539         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6540 }
6541
6542 /**
6543  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6544  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6545  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6546  * @nid:        Target node
6547  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6548  *
6549  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6550  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6551  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6552  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6553  *
6554  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6555  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6556  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6557  *
6558  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6559  * __free_page() on each allocated page.
6560  *
6561  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6562  */
6563 struct page *alloc_contig_pages_noprof(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6564                                  int nid, nodemask_t *nodemask)
6565 {
6566         unsigned long ret, pfn, flags;
6567         struct zonelist *zonelist;
6568         struct zone *zone;
6569         struct zoneref *z;
6570
6571         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6572         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6573                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6574                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6575
6576                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6577                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6578                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6579                                 /*
6580                                  * We release the zone lock here because
6581                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6582                                  * at some point. If there's an allocation
6583                                  * spinning on this lock, it may win the race
6584                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6585                                  */
6586                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6587                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6588                                                         gfp_mask);
6589                                 if (!ret)
6590                                         return pfn_to_page(pfn);
6591                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6592                         }
6593                         pfn += nr_pages;
6594                 }
6595                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6596         }
6597         return NULL;
6598 }
6599 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6600
6601 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6602 {
6603         unsigned long count = 0;
6604
6605         for (; nr_pages--; pfn++) {
6606                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6607
6608                 count += page_count(page) != 1;
6609                 __free_page(page);
6610         }
6611         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6612 }
6613 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6614
6615 /*
6616  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6617  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6618  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6619  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6620  *
6621  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6622  */
6623 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6624 {
6625         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6626         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6627         __drain_all_pages(zone, true);
6628 }
6629
6630 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6631 {
6632         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6633                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6634         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6635 }
6636
6637 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6638 {
6639         int cpu;
6640         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6641
6642         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6643                 for_each_online_cpu(cpu) {
6644                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6645                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6646                 }
6647                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6648                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6649                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6650                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6651                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6652                 }
6653         }
6654 }
6655
6656 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6657 /*
6658  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6659  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6660  */
6661 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6662 {
6663         unsigned long pfn = start_pfn;
6664         struct page *page;
6665         struct zone *zone;
6666         unsigned int order;
6667         unsigned long flags;
6668
6669         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6670         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6671         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6672         while (pfn < end_pfn) {
6673                 page = pfn_to_page(pfn);
6674                 /*
6675                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6676                  * page_count() is not 0.
6677                  */
6678                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6679                         pfn++;
6680                         continue;
6681                 }
6682                 /*
6683                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6684                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6685                  */
6686                 if (PageOffline(page)) {
6687                         BUG_ON(page_count(page));
6688                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6689                         pfn++;
6690                         continue;
6691                 }
6692
6693                 BUG_ON(page_count(page));
6694                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6695                 VM_WARN_ON(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE);
6696                 order = buddy_order(page);
6697                 del_page_from_free_list(page, zone, order, MIGRATE_ISOLATE);
6698                 pfn += (1 << order);
6699         }
6700         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6701 }
6702 #endif
6703
6704 /*
6705  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6706  */
6707 bool is_free_buddy_page(const struct page *page)
6708 {
6709         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6710         unsigned int order;
6711
6712         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6713                 const struct page *head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6714
6715                 if (PageBuddy(head) &&
6716                     buddy_order_unsafe(head) >= order)
6717                         break;
6718         }
6719
6720         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
6721 }
6722 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6723
6724 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6725 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
6726                                     unsigned int order, int migratetype,
6727                                     bool tail)
6728 {
6729         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, tail);
6730         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
6731 }
6732
6733 /*
6734  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6735  * buddy allocator.
6736  */
6737 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6738                                    struct page *target, int low, int high,
6739                                    int migratetype)
6740 {
6741         unsigned long size = 1 << high;
6742         struct page *current_buddy;
6743
6744         while (high > low) {
6745                 high--;
6746                 size >>= 1;
6747
6748                 if (target >= &page[size]) {
6749                         current_buddy = page;
6750                         page = page + size;
6751                 } else {
6752                         current_buddy = page + size;
6753                 }
6754
6755                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high))
6756                         continue;
6757
6758                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype, false);
6759                 set_buddy_order(current_buddy, high);
6760         }
6761 }
6762
6763 /*
6764  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6765  */
6766 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6767 {
6768         struct zone *zone = page_zone(page);
6769         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6770         unsigned long flags;
6771         unsigned int order;
6772         bool ret = false;
6773
6774         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6775         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6776                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6777                 int page_order = buddy_order(page_head);
6778
6779                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6780                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6781                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6782                                                                    pfn_head);
6783
6784                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order,
6785                                                 migratetype);
6786                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6787                                                 page_order, migratetype);
6788                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6789                         ret = true;
6790                         break;
6791                 }
6792                 if (page_count(page_head) > 0)
6793                         break;
6794         }
6795         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6796         return ret;
6797 }
6798
6799 /*
6800  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6801  */
6802 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6803 {
6804         struct zone *zone = page_zone(page);
6805         unsigned long flags;
6806         bool ret = false;
6807
6808         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6809         if (put_page_testzero(page)) {
6810                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6811                 int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6812
6813                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6814                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6815                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6816                         ret = true;
6817                 }
6818         }
6819         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6820
6821         return ret;
6822 }
6823 #endif
6824
6825 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6826 bool has_managed_dma(void)
6827 {
6828         struct pglist_data *pgdat;
6829
6830         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6831                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6832
6833                 if (managed_zone(zone))
6834                         return true;
6835         }
6836         return false;
6837 }
6838 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6839
6840 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6841
6842 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6843 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6844
6845 static bool lazy_accept = true;
6846
6847 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6848 {
6849         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6850                 lazy_accept = true;
6851                 return 0;
6852         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6853                 lazy_accept = false;
6854                 return 0;
6855         } else {
6856                 return -EINVAL;
6857         }
6858 }
6859 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6860
6861 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6862 {
6863         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6864         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6865
6866         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6867 }
6868
6869 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6870 {
6871         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6872
6873         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6874 }
6875
6876 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6877 {
6878         unsigned long flags;
6879         struct page *page;
6880         bool last;
6881
6882         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6883                 return false;
6884
6885         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6886         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6887                                         struct page, lru);
6888         if (!page) {
6889                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6890                 return false;
6891         }
6892
6893         list_del(&page->lru);
6894         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6895
6896         account_freepages(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6897         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6898         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6899
6900         accept_page(page, MAX_PAGE_ORDER);
6901
6902         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6903
6904         if (last)
6905                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6906
6907         return true;
6908 }
6909
6910 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6911 {
6912         long to_accept;
6913         int ret = false;
6914
6915         /* How much to accept to get to high watermark? */
6916         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6917                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6918                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6919
6920         /* Accept at least one page */
6921         do {
6922                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6923                         break;
6924                 ret = true;
6925                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6926         } while (to_accept > 0);
6927
6928         return ret;
6929 }
6930
6931 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6932 {
6933         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6934 }
6935
6936 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6937 {
6938         struct zone *zone = page_zone(page);
6939         unsigned long flags;
6940         bool first = false;
6941
6942         if (!lazy_accept)
6943                 return false;
6944
6945         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6946         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6947         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6948         account_freepages(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6949         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6950         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6951
6952         if (first)
6953                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6954
6955         return true;
6956 }
6957
6958 #else
6959
6960 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6961 {
6962         return false;
6963 }
6964
6965 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6966 {
6967 }
6968
6969 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6970 {
6971         return false;
6972 }
6973
6974 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6975 {
6976         return false;
6977 }
6978
6979 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6980 {
6981         BUILD_BUG();
6982         return false;
6983 }
6984
6985 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */