Merge tag '9p-6.4-for-linus' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/ericvh...
[linux-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/delayacct.h>
77 #include <asm/sections.h>
78 #include <asm/tlbflush.h>
79 #include <asm/div64.h>
80 #include "internal.h"
81 #include "shuffle.h"
82 #include "page_reporting.h"
83 #include "swap.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
114 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
115 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
116
117 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
118 /*
119  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
120  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
121  */
122 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
123 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
124 #else
125
126 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
127 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
128 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
129 #endif
130
131 /*
132  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
133  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
134  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
135  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
136  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
137  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
138  */
139 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
140 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
141 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
142 #else
143 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
144 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
145 #endif
146
147 /*
148  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
149  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
150  */
151 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
152 ({                                                                      \
153         type *_ret;                                                     \
154         pcpu_task_pin();                                                \
155         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
156         spin_lock(&_ret->member);                                       \
157         _ret;                                                           \
158 })
159
160 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
161 ({                                                                      \
162         type *_ret;                                                     \
163         pcpu_task_pin();                                                \
164         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
165         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
166                 pcpu_task_unpin();                                      \
167                 _ret = NULL;                                            \
168         }                                                               \
169         _ret;                                                           \
170 })
171
172 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
173 ({                                                                      \
174         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
175         pcpu_task_unpin();                                              \
176 })
177
178 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
179 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
180         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
181
182 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
183         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
184
185 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
186         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
187
188 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
189 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
190 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
191 #endif
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
194
195 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
196 /*
197  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
198  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
199  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
200  * defined in <linux/topology.h>.
201  */
202 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
203 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
204 #endif
205
206 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
207
208 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
209 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
210 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
211 #endif
212
213 /*
214  * Array of node states.
215  */
216 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
217         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
218         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
219 #ifndef CONFIG_NUMA
220         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
221 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
222         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
223 #endif
224         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
225         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
226 #endif  /* NUMA */
227 };
228 EXPORT_SYMBOL(node_states);
229
230 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
231 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
232 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
233 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
234
235 int percpu_pagelist_high_fraction;
236 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
237 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
238 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
239
240 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
241 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
242
243 /*
244  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
245  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
246  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
247  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
248  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
249  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
250  */
251 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
252 {
253         return page->index;
254 }
255
256 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
257 {
258         page->index = migratetype;
259 }
260
261 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
262 /*
263  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
264  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
265  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
266  * they should always be called with system_transition_mutex held
267  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
268  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
269  * with that modification).
270  */
271
272 static gfp_t saved_gfp_mask;
273
274 void pm_restore_gfp_mask(void)
275 {
276         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
277         if (saved_gfp_mask) {
278                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
279                 saved_gfp_mask = 0;
280         }
281 }
282
283 void pm_restrict_gfp_mask(void)
284 {
285         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
286         WARN_ON(saved_gfp_mask);
287         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
288         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
289 }
290
291 bool pm_suspended_storage(void)
292 {
293         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
294                 return false;
295         return true;
296 }
297 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
298
299 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
300 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
301 #endif
302
303 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
304                             fpi_t fpi_flags);
305
306 /*
307  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
308  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
309  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
310  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
311  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
312  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
313  *
314  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
315  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
316  */
317 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
318 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
319         [ZONE_DMA] = 256,
320 #endif
321 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
322         [ZONE_DMA32] = 256,
323 #endif
324         [ZONE_NORMAL] = 32,
325 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
326         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
327 #endif
328         [ZONE_MOVABLE] = 0,
329 };
330
331 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
332 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
333          "DMA",
334 #endif
335 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
336          "DMA32",
337 #endif
338          "Normal",
339 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
340          "HighMem",
341 #endif
342          "Movable",
343 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
344          "Device",
345 #endif
346 };
347
348 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
349         "Unmovable",
350         "Movable",
351         "Reclaimable",
352         "HighAtomic",
353 #ifdef CONFIG_CMA
354         "CMA",
355 #endif
356 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
357         "Isolate",
358 #endif
359 };
360
361 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
362         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
363         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
364 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
365         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
366 #endif
367 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
368         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
369 #endif
370 };
371
372 int min_free_kbytes = 1024;
373 int user_min_free_kbytes = -1;
374 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
375 int watermark_scale_factor = 10;
376
377 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
378
379 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
380 int movable_zone;
381 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
382
383 #if MAX_NUMNODES > 1
384 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
385 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
386 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
387 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
388 #endif
389
390 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
391
392 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
393 /*
394  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
395  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
396  * and we can permanently disable that path.
397  */
398 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
399
400 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
401 {
402         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
403 }
404
405 /*
406  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
407  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
408  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
409  * and to ensure that the function body gets unloaded.
410  */
411 static bool __ref
412 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
413 {
414        return deferred_grow_zone(zone, order);
415 }
416 #else
417 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
418 {
419         return false;
420 }
421 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
422
423 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
424 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
425                                                         unsigned long pfn)
426 {
427 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
428         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
429 #else
430         return page_zone(page)->pageblock_flags;
431 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
432 }
433
434 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
435 {
436 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
437         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
438 #else
439         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
440 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
441         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
442 }
443
444 static __always_inline
445 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
446                                         unsigned long pfn,
447                                         unsigned long mask)
448 {
449         unsigned long *bitmap;
450         unsigned long bitidx, word_bitidx;
451         unsigned long word;
452
453         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
454         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
455         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
456         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
457         /*
458          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
459          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
460          * racy, are not corrupted.
461          */
462         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
463         return (word >> bitidx) & mask;
464 }
465
466 /**
467  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
468  * @page: The page within the block of interest
469  * @pfn: The target page frame number
470  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
471  *
472  * Return: pageblock_bits flags
473  */
474 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
475                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
476 {
477         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
478 }
479
480 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
481                                         unsigned long pfn)
482 {
483         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
484 }
485
486 /**
487  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
488  * @page: The page within the block of interest
489  * @flags: The flags to set
490  * @pfn: The target page frame number
491  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
492  */
493 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
494                                         unsigned long pfn,
495                                         unsigned long mask)
496 {
497         unsigned long *bitmap;
498         unsigned long bitidx, word_bitidx;
499         unsigned long word;
500
501         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
502         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
503
504         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
505         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
506         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
507         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
508
509         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
510
511         mask <<= bitidx;
512         flags <<= bitidx;
513
514         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
515         do {
516         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
517 }
518
519 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
520 {
521         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
522                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
523                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
524
525         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
526                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
527 }
528
529 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
530 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
531 {
532         int ret = 0;
533         unsigned seq;
534         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
535         unsigned long sp, start_pfn;
536
537         do {
538                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
539                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
540                 sp = zone->spanned_pages;
541                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
542                         ret = 1;
543         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
544
545         if (ret)
546                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
547                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
548                         start_pfn, start_pfn + sp);
549
550         return ret;
551 }
552
553 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
554 {
555         if (zone != page_zone(page))
556                 return 0;
557
558         return 1;
559 }
560 /*
561  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
562  */
563 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
564 {
565         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
566                 return 1;
567         if (!page_is_consistent(zone, page))
568                 return 1;
569
570         return 0;
571 }
572 #else
573 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
574 {
575         return 0;
576 }
577 #endif
578
579 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
580 {
581         static unsigned long resume;
582         static unsigned long nr_shown;
583         static unsigned long nr_unshown;
584
585         /*
586          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
587          * or allow a steady drip of one report per second.
588          */
589         if (nr_shown == 60) {
590                 if (time_before(jiffies, resume)) {
591                         nr_unshown++;
592                         goto out;
593                 }
594                 if (nr_unshown) {
595                         pr_alert(
596                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
597                                 nr_unshown);
598                         nr_unshown = 0;
599                 }
600                 nr_shown = 0;
601         }
602         if (nr_shown++ == 0)
603                 resume = jiffies + 60 * HZ;
604
605         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
606                 current->comm, page_to_pfn(page));
607         dump_page(page, reason);
608
609         print_modules();
610         dump_stack();
611 out:
612         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
613         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
614         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
615 }
616
617 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
618 {
619         int base = order;
620
621 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
622         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
623                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
624                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
625         }
626 #else
627         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
628 #endif
629
630         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
631 }
632
633 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
634 {
635         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
636
637 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
638         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
639                 order = pageblock_order;
640 #else
641         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
642 #endif
643
644         return order;
645 }
646
647 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
648 {
649         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
650                 return true;
651 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
652         if (order == pageblock_order)
653                 return true;
654 #endif
655         return false;
656 }
657
658 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
659 {
660         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
661                 free_unref_page(page, order);
662         else
663                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
664 }
665
666 /*
667  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
668  *
669  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
670  *
671  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
672  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
673  *
674  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
675  * page destructors. See compound_page_dtors.
676  *
677  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
678  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
679  */
680
681 void free_compound_page(struct page *page)
682 {
683         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
684         free_the_page(page, compound_order(page));
685 }
686
687 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
688 {
689         int i;
690         int nr_pages = 1 << order;
691
692         __SetPageHead(page);
693         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
694                 prep_compound_tail(page, i);
695
696         prep_compound_head(page, order);
697 }
698
699 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
700 {
701         enum compound_dtor_id dtor = folio->_folio_dtor;
702
703         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
704         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
705 }
706
707 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
708 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
709
710 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
711                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
712 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
713 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
714 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
715
716 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
717
718 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
719 {
720         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
721 }
722 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
723
724 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
725 {
726         unsigned long res;
727
728         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
729                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
730                 return 0;
731         }
732         _debug_guardpage_minorder = res;
733         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
734         return 0;
735 }
736 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
737
738 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
739                                 unsigned int order, int migratetype)
740 {
741         if (!debug_guardpage_enabled())
742                 return false;
743
744         if (order >= debug_guardpage_minorder())
745                 return false;
746
747         __SetPageGuard(page);
748         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
749         set_page_private(page, order);
750         /* Guard pages are not available for any usage */
751         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
752                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
753
754         return true;
755 }
756
757 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
758                                 unsigned int order, int migratetype)
759 {
760         if (!debug_guardpage_enabled())
761                 return;
762
763         __ClearPageGuard(page);
764
765         set_page_private(page, 0);
766         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
767                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
768 }
769 #else
770 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
771                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
772 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
773                                 unsigned int order, int migratetype) {}
774 #endif
775
776 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
777 {
778         set_page_private(page, order);
779         __SetPageBuddy(page);
780 }
781
782 #ifdef CONFIG_COMPACTION
783 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
784 {
785         struct capture_control *capc = current->capture_control;
786
787         return unlikely(capc) &&
788                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
789                 !capc->page &&
790                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
791 }
792
793 static inline bool
794 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
795                    int order, int migratetype)
796 {
797         if (!capc || order != capc->cc->order)
798                 return false;
799
800         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
801         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
802             is_migrate_isolate(migratetype))
803                 return false;
804
805         /*
806          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
807          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
808          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
809          * have trouble finding a high-order free page.
810          */
811         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
812                 return false;
813
814         capc->page = page;
815         return true;
816 }
817
818 #else
819 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
820 {
821         return NULL;
822 }
823
824 static inline bool
825 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
826                    int order, int migratetype)
827 {
828         return false;
829 }
830 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
831
832 /* Used for pages not on another list */
833 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
834                                     unsigned int order, int migratetype)
835 {
836         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
837
838         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
839         area->nr_free++;
840 }
841
842 /* Used for pages not on another list */
843 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
844                                          unsigned int order, int migratetype)
845 {
846         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
847
848         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
849         area->nr_free++;
850 }
851
852 /*
853  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
854  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
855  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
856  */
857 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
858                                      unsigned int order, int migratetype)
859 {
860         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
861
862         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
863 }
864
865 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
866                                            unsigned int order)
867 {
868         /* clear reported state and update reported page count */
869         if (page_reported(page))
870                 __ClearPageReported(page);
871
872         list_del(&page->buddy_list);
873         __ClearPageBuddy(page);
874         set_page_private(page, 0);
875         zone->free_area[order].nr_free--;
876 }
877
878 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
879                                             int migratetype)
880 {
881         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
882                                         struct page, lru);
883 }
884
885 /*
886  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
887  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
888  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
889  * that is happening, add the free page to the tail of the list
890  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
891  * as a higher order page
892  */
893 static inline bool
894 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
895                    struct page *page, unsigned int order)
896 {
897         unsigned long higher_page_pfn;
898         struct page *higher_page;
899
900         if (order >= MAX_ORDER - 1)
901                 return false;
902
903         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
904         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
905
906         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
907                         NULL) != NULL;
908 }
909
910 /*
911  * Freeing function for a buddy system allocator.
912  *
913  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
914  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
915  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
916  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
917  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
918  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
919  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
920  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
921  * parts of the VM system.
922  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
923  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
924  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
925  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
926  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
927  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
928  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
929  * triggers coalescing into a block of larger size.
930  *
931  * -- nyc
932  */
933
934 static inline void __free_one_page(struct page *page,
935                 unsigned long pfn,
936                 struct zone *zone, unsigned int order,
937                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
938 {
939         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
940         unsigned long buddy_pfn = 0;
941         unsigned long combined_pfn;
942         struct page *buddy;
943         bool to_tail;
944
945         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
946         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
947
948         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
949         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
950                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
951
952         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
953         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
954
955         while (order < MAX_ORDER) {
956                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
957                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
958                                                                 migratetype);
959                         return;
960                 }
961
962                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
963                 if (!buddy)
964                         goto done_merging;
965
966                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
967                         /*
968                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
969                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
970                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
971                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
972                          */
973                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
974
975                         if (migratetype != buddy_mt
976                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
977                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
978                                 goto done_merging;
979                 }
980
981                 /*
982                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
983                  * merge with it and move up one order.
984                  */
985                 if (page_is_guard(buddy))
986                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
987                 else
988                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
989                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
990                 page = page + (combined_pfn - pfn);
991                 pfn = combined_pfn;
992                 order++;
993         }
994
995 done_merging:
996         set_buddy_order(page, order);
997
998         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
999                 to_tail = true;
1000         else if (is_shuffle_order(order))
1001                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1002         else
1003                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1004
1005         if (to_tail)
1006                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1007         else
1008                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1009
1010         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1011         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1012                 page_reporting_notify_free(order);
1013 }
1014
1015 /**
1016  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1017  * @free_page:          the original free page
1018  * @order:              the order of the page
1019  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1020  *
1021  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1022  *
1023  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1024  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1025  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1026  * nothing.
1027  */
1028 int split_free_page(struct page *free_page,
1029                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1030 {
1031         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1032         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1033         unsigned long pfn;
1034         unsigned long flags;
1035         int free_page_order;
1036         int mt;
1037         int ret = 0;
1038
1039         if (split_pfn_offset == 0)
1040                 return ret;
1041
1042         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1043
1044         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1045                 ret = -ENOENT;
1046                 goto out;
1047         }
1048
1049         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1050         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1051                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1052
1053         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1054         for (pfn = free_page_pfn;
1055              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1056                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1057
1058                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1059                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1060                                         __fls(split_pfn_offset));
1061                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1062                                 mt, FPI_NONE);
1063                 pfn += 1UL << free_page_order;
1064                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1065                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1066                 if (split_pfn_offset == 0)
1067                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1068         }
1069 out:
1070         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1071         return ret;
1072 }
1073 /*
1074  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1075  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1076  * check if necessary.
1077  */
1078 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1079                                         unsigned long check_flags)
1080 {
1081         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1082                 return false;
1083
1084         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1085                         page_ref_count(page) |
1086 #ifdef CONFIG_MEMCG
1087                         page->memcg_data |
1088 #endif
1089                         (page->flags & check_flags)))
1090                 return false;
1091
1092         return true;
1093 }
1094
1095 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1096 {
1097         const char *bad_reason = NULL;
1098
1099         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1100                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1101         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1102                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1103         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1104                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1105         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1106                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1107                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1108                 else
1109                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1110         }
1111 #ifdef CONFIG_MEMCG
1112         if (unlikely(page->memcg_data))
1113                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1114 #endif
1115         return bad_reason;
1116 }
1117
1118 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1119 {
1120         bad_page(page,
1121                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1122 }
1123
1124 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1125 {
1126         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1127                 return false;
1128
1129         /* Something has gone sideways, find it */
1130         free_page_is_bad_report(page);
1131         return true;
1132 }
1133
1134 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
1135 {
1136         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
1137         int ret = 1;
1138
1139         /*
1140          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1141          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1142          */
1143         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1144
1145         if (!static_branch_unlikely(&check_pages_enabled)) {
1146                 ret = 0;
1147                 goto out;
1148         }
1149         switch (page - head_page) {
1150         case 1:
1151                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1152                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
1153                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1154                         goto out;
1155                 }
1156                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1157                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1158                         goto out;
1159                 }
1160                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1161                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1162                         goto out;
1163                 }
1164                 break;
1165         case 2:
1166                 /*
1167                  * the second tail page: ->mapping is
1168                  * deferred_list.next -- ignore value.
1169                  */
1170                 break;
1171         default:
1172                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1173                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1174                         goto out;
1175                 }
1176                 break;
1177         }
1178         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1179                 bad_page(page, "PageTail not set");
1180                 goto out;
1181         }
1182         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1183                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1184                 goto out;
1185         }
1186         ret = 0;
1187 out:
1188         page->mapping = NULL;
1189         clear_compound_head(page);
1190         return ret;
1191 }
1192
1193 /*
1194  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1195  *
1196  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1197  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1198  *    using page tags instead (see below).
1199  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1200  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1201  *
1202  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1203  *
1204  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1205  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1206  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1207  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1208  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1209  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1210  *
1211  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1212  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1213  * initialization is done with interrupt disabled.
1214  *
1215  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1216  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1217  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1218  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1219  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1220  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1221  */
1222 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1223 {
1224         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1225                 return deferred_pages_enabled();
1226
1227         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1228 }
1229
1230 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1231 {
1232         int i;
1233
1234         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1235         kasan_disable_current();
1236         for (i = 0; i < numpages; i++)
1237                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1238         kasan_enable_current();
1239 }
1240
1241 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1242                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1243 {
1244         int bad = 0;
1245         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1246         bool init = want_init_on_free();
1247
1248         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1249
1250         trace_mm_page_free(page, order);
1251         kmsan_free_page(page, order);
1252
1253         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1254                 /*
1255                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1256                  * Untie memcg state and reset page's owner
1257                  */
1258                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1259                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1260                 reset_page_owner(page, order);
1261                 page_table_check_free(page, order);
1262                 return false;
1263         }
1264
1265         /*
1266          * Check tail pages before head page information is cleared to
1267          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1268          */
1269         if (unlikely(order)) {
1270                 bool compound = PageCompound(page);
1271                 int i;
1272
1273                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1274
1275                 if (compound)
1276                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1277                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1278                         if (compound)
1279                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1280                         if (is_check_pages_enabled()) {
1281                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1282                                         bad++;
1283                                         continue;
1284                                 }
1285                         }
1286                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1287                 }
1288         }
1289         if (PageMappingFlags(page))
1290                 page->mapping = NULL;
1291         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1292                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1293         if (is_check_pages_enabled()) {
1294                 if (free_page_is_bad(page))
1295                         bad++;
1296                 if (bad)
1297                         return false;
1298         }
1299
1300         page_cpupid_reset_last(page);
1301         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1302         reset_page_owner(page, order);
1303         page_table_check_free(page, order);
1304
1305         if (!PageHighMem(page)) {
1306                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1307                                            PAGE_SIZE << order);
1308                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1309                                            PAGE_SIZE << order);
1310         }
1311
1312         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1313
1314         /*
1315          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1316          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1317          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1318          *
1319          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1320          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1321          */
1322         if (!skip_kasan_poison) {
1323                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1324
1325                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1326                 if (kasan_has_integrated_init())
1327                         init = false;
1328         }
1329         if (init)
1330                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1331
1332         /*
1333          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1334          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1335          * happen after this.
1336          */
1337         arch_free_page(page, order);
1338
1339         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1340
1341         return true;
1342 }
1343
1344 /*
1345  * Frees a number of pages from the PCP lists
1346  * Assumes all pages on list are in same zone.
1347  * count is the number of pages to free.
1348  */
1349 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1350                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1351                                         int pindex)
1352 {
1353         unsigned long flags;
1354         int min_pindex = 0;
1355         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1356         unsigned int order;
1357         bool isolated_pageblocks;
1358         struct page *page;
1359
1360         /*
1361          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1362          * below while (list_empty(list)) loop.
1363          */
1364         count = min(pcp->count, count);
1365
1366         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1367         pindex = pindex - 1;
1368
1369         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1370         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1371
1372         while (count > 0) {
1373                 struct list_head *list;
1374                 int nr_pages;
1375
1376                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1377                 do {
1378                         if (++pindex > max_pindex)
1379                                 pindex = min_pindex;
1380                         list = &pcp->lists[pindex];
1381                         if (!list_empty(list))
1382                                 break;
1383
1384                         if (pindex == max_pindex)
1385                                 max_pindex--;
1386                         if (pindex == min_pindex)
1387                                 min_pindex++;
1388                 } while (1);
1389
1390                 order = pindex_to_order(pindex);
1391                 nr_pages = 1 << order;
1392                 do {
1393                         int mt;
1394
1395                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1396                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1397
1398                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1399                         list_del(&page->pcp_list);
1400                         count -= nr_pages;
1401                         pcp->count -= nr_pages;
1402
1403                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1404                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1405                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1406                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1407                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1408
1409                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1410                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1411                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1412         }
1413
1414         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1415 }
1416
1417 static void free_one_page(struct zone *zone,
1418                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1419                                 unsigned int order,
1420                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1421 {
1422         unsigned long flags;
1423
1424         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1425         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1426                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1427                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1428         }
1429         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1430         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1431 }
1432
1433 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1434                             fpi_t fpi_flags)
1435 {
1436         unsigned long flags;
1437         int migratetype;
1438         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1439         struct zone *zone = page_zone(page);
1440
1441         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1442                 return;
1443
1444         /*
1445          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1446          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1447          * This will reduce the lock holding time.
1448          */
1449         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1450
1451         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1452         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1453                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1454                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1455         }
1456         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1457         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1458
1459         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1460 }
1461
1462 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1463 {
1464         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1465         struct page *p = page;
1466         unsigned int loop;
1467
1468         /*
1469          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1470          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1471          * refcount of all involved pages to 0.
1472          */
1473         prefetchw(p);
1474         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1475                 prefetchw(p + 1);
1476                 __ClearPageReserved(p);
1477                 set_page_count(p, 0);
1478         }
1479         __ClearPageReserved(p);
1480         set_page_count(p, 0);
1481
1482         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1483
1484         /*
1485          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1486          * relevant for memory onlining.
1487          */
1488         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1489 }
1490
1491 /*
1492  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1493  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1494  * with the migration of free compaction scanner.
1495  *
1496  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1497  *
1498  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1499  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1500  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1501  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1502  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1503  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1504  * page in a pageblock.
1505  *
1506  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1507  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1508  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1509  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1510  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1511  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1512  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1513  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1514  */
1515 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1516                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1517 {
1518         struct page *start_page;
1519         struct page *end_page;
1520
1521         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1522         end_pfn--;
1523
1524         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1525                 return NULL;
1526
1527         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1528         if (!start_page)
1529                 return NULL;
1530
1531         if (page_zone(start_page) != zone)
1532                 return NULL;
1533
1534         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1535
1536         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1537         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1538                 return NULL;
1539
1540         return start_page;
1541 }
1542
1543 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1544 {
1545         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1546         unsigned long block_end_pfn;
1547
1548         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1549         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1550                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1551                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1552
1553                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1554
1555                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1556                                              block_end_pfn, zone))
1557                         return;
1558                 cond_resched();
1559         }
1560
1561         /* We confirm that there is no hole */
1562         zone->contiguous = true;
1563 }
1564
1565 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1566 {
1567         zone->contiguous = false;
1568 }
1569
1570 /*
1571  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1572  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1573  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1574  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1575  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1576  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1577  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1578  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1579  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1580  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1581  *
1582  * -- nyc
1583  */
1584 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1585         int low, int high, int migratetype)
1586 {
1587         unsigned long size = 1 << high;
1588
1589         while (high > low) {
1590                 high--;
1591                 size >>= 1;
1592                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1593
1594                 /*
1595                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1596                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1597                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1598                  * pages will stay not present in virtual address space
1599                  */
1600                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1601                         continue;
1602
1603                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1604                 set_buddy_order(&page[size], high);
1605         }
1606 }
1607
1608 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1609 {
1610         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1611                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1612                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1613                 return;
1614         }
1615
1616         bad_page(page,
1617                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1618 }
1619
1620 /*
1621  * This page is about to be returned from the page allocator
1622  */
1623 static int check_new_page(struct page *page)
1624 {
1625         if (likely(page_expected_state(page,
1626                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1627                 return 0;
1628
1629         check_new_page_bad(page);
1630         return 1;
1631 }
1632
1633 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1634 {
1635         if (is_check_pages_enabled()) {
1636                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1637                         struct page *p = page + i;
1638
1639                         if (check_new_page(p))
1640                                 return true;
1641                 }
1642         }
1643
1644         return false;
1645 }
1646
1647 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1648 {
1649         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1650         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1651             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1652                 return false;
1653
1654         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1655         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1656                 return true;
1657
1658         /*
1659          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1660          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1661          */
1662         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1663 }
1664
1665 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1666 {
1667         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1668         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1669                 return false;
1670
1671         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1672         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1673 }
1674
1675 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1676                                 gfp_t gfp_flags)
1677 {
1678         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1679                         !should_skip_init(gfp_flags);
1680         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1681         int i;
1682
1683         set_page_private(page, 0);
1684         set_page_refcounted(page);
1685
1686         arch_alloc_page(page, order);
1687         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1688
1689         /*
1690          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1691          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1692          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1693          */
1694         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1695
1696         /*
1697          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1698          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1699          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1700          */
1701
1702         /*
1703          * If memory tags should be zeroed
1704          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1705          */
1706         if (zero_tags) {
1707                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1708                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1709                         tag_clear_highpage(page + i);
1710
1711                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1712                 init = false;
1713         }
1714         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1715             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1716                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1717                 if (kasan_has_integrated_init())
1718                         init = false;
1719         } else {
1720                 /*
1721                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1722                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1723                  */
1724                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1725                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1726         }
1727         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1728         if (init)
1729                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1730
1731         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1732         page_table_check_alloc(page, order);
1733 }
1734
1735 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1736                                                         unsigned int alloc_flags)
1737 {
1738         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1739
1740         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1741                 prep_compound_page(page, order);
1742
1743         /*
1744          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1745          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1746          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1747          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1748          */
1749         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1750                 set_page_pfmemalloc(page);
1751         else
1752                 clear_page_pfmemalloc(page);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1757  * the smallest available page from the freelists
1758  */
1759 static __always_inline
1760 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1761                                                 int migratetype)
1762 {
1763         unsigned int current_order;
1764         struct free_area *area;
1765         struct page *page;
1766
1767         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1768         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1769                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1770                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1771                 if (!page)
1772                         continue;
1773                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1774                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1775                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1776                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1777                                 pcp_allowed_order(order) &&
1778                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1779                 return page;
1780         }
1781
1782         return NULL;
1783 }
1784
1785
1786 /*
1787  * This array describes the order lists are fallen back to when
1788  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1789  *
1790  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1791  */
1792 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1793         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1794         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1795         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1796 };
1797
1798 #ifdef CONFIG_CMA
1799 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1800                                         unsigned int order)
1801 {
1802         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1803 }
1804 #else
1805 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1806                                         unsigned int order) { return NULL; }
1807 #endif
1808
1809 /*
1810  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1811  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1812  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1813  */
1814 static int move_freepages(struct zone *zone,
1815                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1816                           int migratetype, int *num_movable)
1817 {
1818         struct page *page;
1819         unsigned long pfn;
1820         unsigned int order;
1821         int pages_moved = 0;
1822
1823         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1824                 page = pfn_to_page(pfn);
1825                 if (!PageBuddy(page)) {
1826                         /*
1827                          * We assume that pages that could be isolated for
1828                          * migration are movable. But we don't actually try
1829                          * isolating, as that would be expensive.
1830                          */
1831                         if (num_movable &&
1832                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1833                                 (*num_movable)++;
1834                         pfn++;
1835                         continue;
1836                 }
1837
1838                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1839                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1840                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1841
1842                 order = buddy_order(page);
1843                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1844                 pfn += 1 << order;
1845                 pages_moved += 1 << order;
1846         }
1847
1848         return pages_moved;
1849 }
1850
1851 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1852                                 int migratetype, int *num_movable)
1853 {
1854         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1855
1856         if (num_movable)
1857                 *num_movable = 0;
1858
1859         pfn = page_to_pfn(page);
1860         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1861         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1862
1863         /* Do not cross zone boundaries */
1864         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1865                 start_pfn = pfn;
1866         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1867                 return 0;
1868
1869         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1870                                                                 num_movable);
1871 }
1872
1873 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1874                                         int start_order, int migratetype)
1875 {
1876         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1877
1878         while (nr_pageblocks--) {
1879                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1880                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1881         }
1882 }
1883
1884 /*
1885  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1886  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1887  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1888  *
1889  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1890  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1891  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1892  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1893  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1894  * pageblocks.
1895  */
1896 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1897 {
1898         /*
1899          * Leaving this order check is intended, although there is
1900          * relaxed order check in next check. The reason is that
1901          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1902          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1903          * so could be changed anytime.
1904          */
1905         if (order >= pageblock_order)
1906                 return true;
1907
1908         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1909                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1910                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1911                 page_group_by_mobility_disabled)
1912                 return true;
1913
1914         return false;
1915 }
1916
1917 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1918 {
1919         unsigned long max_boost;
1920
1921         if (!watermark_boost_factor)
1922                 return false;
1923         /*
1924          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1925          * On small machines, including kdump capture kernels running
1926          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1927          * memory situation immediately.
1928          */
1929         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1930                 return false;
1931
1932         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1933                         watermark_boost_factor, 10000);
1934
1935         /*
1936          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1937          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1938          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1939          * allocations that early means that reclaim is not going
1940          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1941          * boosted watermark resulting in a hang.
1942          */
1943         if (!max_boost)
1944                 return false;
1945
1946         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1947
1948         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1949                 max_boost);
1950
1951         return true;
1952 }
1953
1954 /*
1955  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1956  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1957  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1958  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1959  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1960  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1961  */
1962 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1963                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1964 {
1965         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1966         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1967         int old_block_type;
1968
1969         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1970
1971         /*
1972          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1973          * highatomic accounting.
1974          */
1975         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1976                 goto single_page;
1977
1978         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1979         if (current_order >= pageblock_order) {
1980                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1981                 goto single_page;
1982         }
1983
1984         /*
1985          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1986          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1987          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1988          */
1989         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1990                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1991
1992         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1993         if (!whole_block)
1994                 goto single_page;
1995
1996         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1997                                                 &movable_pages);
1998         /*
1999          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2000          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2001          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2002          */
2003         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2004                 alike_pages = movable_pages;
2005         } else {
2006                 /*
2007                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2008                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2009                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2010                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2011                  * exact migratetype of non-movable pages.
2012                  */
2013                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2014                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2015                                                 - (free_pages + movable_pages);
2016                 else
2017                         alike_pages = 0;
2018         }
2019
2020         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2021         if (!free_pages)
2022                 goto single_page;
2023
2024         /*
2025          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2026          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2027          */
2028         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2029                         page_group_by_mobility_disabled)
2030                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2031
2032         return;
2033
2034 single_page:
2035         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2036 }
2037
2038 /*
2039  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2040  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2041  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2042  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2043  */
2044 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2045                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2046 {
2047         int i;
2048         int fallback_mt;
2049
2050         if (area->nr_free == 0)
2051                 return -1;
2052
2053         *can_steal = false;
2054         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
2055                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2056                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2057                         continue;
2058
2059                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2060                         *can_steal = true;
2061
2062                 if (!only_stealable)
2063                         return fallback_mt;
2064
2065                 if (*can_steal)
2066                         return fallback_mt;
2067         }
2068
2069         return -1;
2070 }
2071
2072 /*
2073  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2074  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2075  */
2076 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2077                                 unsigned int alloc_order)
2078 {
2079         int mt;
2080         unsigned long max_managed, flags;
2081
2082         /*
2083          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2084          * Check is race-prone but harmless.
2085          */
2086         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2087         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2088                 return;
2089
2090         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2091
2092         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2093         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2094                 goto out_unlock;
2095
2096         /* Yoink! */
2097         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2098         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2099         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2100                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2101                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2102                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2103         }
2104
2105 out_unlock:
2106         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2107 }
2108
2109 /*
2110  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2111  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2112  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2113  * to recover from than an OOM.
2114  *
2115  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2116  * pageblock is exhausted.
2117  */
2118 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2119                                                 bool force)
2120 {
2121         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2122         unsigned long flags;
2123         struct zoneref *z;
2124         struct zone *zone;
2125         struct page *page;
2126         int order;
2127         bool ret;
2128
2129         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2130                                                                 ac->nodemask) {
2131                 /*
2132                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2133                  * is really high.
2134                  */
2135                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2136                                         pageblock_nr_pages)
2137                         continue;
2138
2139                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2140                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
2141                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2142
2143                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2144                         if (!page)
2145                                 continue;
2146
2147                         /*
2148                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2149                          * we can counter several free pages in a pageblock
2150                          * in this loop although we changed the pageblock type
2151                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2152                          * adjust the count once.
2153                          */
2154                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2155                                 /*
2156                                  * It should never happen but changes to
2157                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2158                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2159                                  * while unreserving so be safe and watch for
2160                                  * underflows.
2161                                  */
2162                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2163                                                 pageblock_nr_pages,
2164                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2165                         }
2166
2167                         /*
2168                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2169                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2170                          * is doing the work and needs the pages. More
2171                          * importantly, if the block was always converted to
2172                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2173                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2174                          * may increase.
2175                          */
2176                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2177                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2178                                                                         NULL);
2179                         if (ret) {
2180                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2181                                 return ret;
2182                         }
2183                 }
2184                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2185         }
2186
2187         return false;
2188 }
2189
2190 /*
2191  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2192  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2193  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2194  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2195  *
2196  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2197  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2198  * condition simpler.
2199  */
2200 static __always_inline bool
2201 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2202                                                 unsigned int alloc_flags)
2203 {
2204         struct free_area *area;
2205         int current_order;
2206         int min_order = order;
2207         struct page *page;
2208         int fallback_mt;
2209         bool can_steal;
2210
2211         /*
2212          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2213          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2214          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2215          */
2216         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2217                 min_order = pageblock_order;
2218
2219         /*
2220          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2221          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2222          * would be too costly to do exactly.
2223          */
2224         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2225                                 --current_order) {
2226                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2227                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2228                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2229                 if (fallback_mt == -1)
2230                         continue;
2231
2232                 /*
2233                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2234                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2235                  * steal and split the smallest available page instead of the
2236                  * largest available page, because even if the next movable
2237                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2238                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2239                  */
2240                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2241                                         && current_order > order)
2242                         goto find_smallest;
2243
2244                 goto do_steal;
2245         }
2246
2247         return false;
2248
2249 find_smallest:
2250         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2251                                                         current_order++) {
2252                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2253                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2254                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2255                 if (fallback_mt != -1)
2256                         break;
2257         }
2258
2259         /*
2260          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2261          * when looking for the largest page.
2262          */
2263         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2264
2265 do_steal:
2266         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2267
2268         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2269                                                                 can_steal);
2270
2271         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2272                 start_migratetype, fallback_mt);
2273
2274         return true;
2275
2276 }
2277
2278 /*
2279  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2280  * Call me with the zone->lock already held.
2281  */
2282 static __always_inline struct page *
2283 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2284                                                 unsigned int alloc_flags)
2285 {
2286         struct page *page;
2287
2288         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2289                 /*
2290                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2291                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2292                  * is in the CMA area.
2293                  */
2294                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2295                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2296                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2297                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2298                         if (page)
2299                                 return page;
2300                 }
2301         }
2302 retry:
2303         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2304         if (unlikely(!page)) {
2305                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2306                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2307
2308                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2309                                                                 alloc_flags))
2310                         goto retry;
2311         }
2312         return page;
2313 }
2314
2315 /*
2316  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2317  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2318  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2319  */
2320 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2321                         unsigned long count, struct list_head *list,
2322                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2323 {
2324         unsigned long flags;
2325         int i;
2326
2327         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2328         for (i = 0; i < count; ++i) {
2329                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2330                                                                 alloc_flags);
2331                 if (unlikely(page == NULL))
2332                         break;
2333
2334                 /*
2335                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2336                  * physical page order. The page is added to the tail of
2337                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2338                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2339                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2340                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2341                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2342                  * pages are ordered properly.
2343                  */
2344                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2345                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2346                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2347                                               -(1 << order));
2348         }
2349
2350         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2351         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2352
2353         return i;
2354 }
2355
2356 #ifdef CONFIG_NUMA
2357 /*
2358  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2359  * currently executing processor on remote nodes after they have
2360  * expired.
2361  */
2362 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2363 {
2364         int to_drain, batch;
2365
2366         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2367         to_drain = min(pcp->count, batch);
2368         if (to_drain > 0) {
2369                 spin_lock(&pcp->lock);
2370                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2371                 spin_unlock(&pcp->lock);
2372         }
2373 }
2374 #endif
2375
2376 /*
2377  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2378  */
2379 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2380 {
2381         struct per_cpu_pages *pcp;
2382
2383         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2384         if (pcp->count) {
2385                 spin_lock(&pcp->lock);
2386                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2387                 spin_unlock(&pcp->lock);
2388         }
2389 }
2390
2391 /*
2392  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2393  */
2394 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2395 {
2396         struct zone *zone;
2397
2398         for_each_populated_zone(zone) {
2399                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2400         }
2401 }
2402
2403 /*
2404  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2405  */
2406 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2407 {
2408         int cpu = smp_processor_id();
2409
2410         if (zone)
2411                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2412         else
2413                 drain_pages(cpu);
2414 }
2415
2416 /*
2417  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2418  * drain on all cpus.
2419  *
2420  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2421  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2422  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2423  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2424  * optimizing racy check.
2425  */
2426 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2427 {
2428         int cpu;
2429
2430         /*
2431          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2432          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2433          */
2434         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2435
2436         /*
2437          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2438          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2439          * the drain to be complete when the call returns.
2440          */
2441         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2442                 if (!zone)
2443                         return;
2444                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2445         }
2446
2447         /*
2448          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2449          * as offline notification will cause the notified
2450          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2451          * disables preemption as part of its processing
2452          */
2453         for_each_online_cpu(cpu) {
2454                 struct per_cpu_pages *pcp;
2455                 struct zone *z;
2456                 bool has_pcps = false;
2457
2458                 if (force_all_cpus) {
2459                         /*
2460                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2461                          * guarantee that no cpu is missed.
2462                          */
2463                         has_pcps = true;
2464                 } else if (zone) {
2465                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2466                         if (pcp->count)
2467                                 has_pcps = true;
2468                 } else {
2469                         for_each_populated_zone(z) {
2470                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2471                                 if (pcp->count) {
2472                                         has_pcps = true;
2473                                         break;
2474                                 }
2475                         }
2476                 }
2477
2478                 if (has_pcps)
2479                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2480                 else
2481                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2482         }
2483
2484         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2485                 if (zone)
2486                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2487                 else
2488                         drain_pages(cpu);
2489         }
2490
2491         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2492 }
2493
2494 /*
2495  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2496  *
2497  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2498  */
2499 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2500 {
2501         __drain_all_pages(zone, false);
2502 }
2503
2504 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2505
2506 /*
2507  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2508  */
2509 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2510
2511 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2512 {
2513         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2514         unsigned long flags;
2515         unsigned int order, t;
2516         struct page *page;
2517
2518         if (zone_is_empty(zone))
2519                 return;
2520
2521         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2522
2523         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2524         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2525                 if (pfn_valid(pfn)) {
2526                         page = pfn_to_page(pfn);
2527
2528                         if (!--page_count) {
2529                                 touch_nmi_watchdog();
2530                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2531                         }
2532
2533                         if (page_zone(page) != zone)
2534                                 continue;
2535
2536                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2537                                 swsusp_unset_page_free(page);
2538                 }
2539
2540         for_each_migratetype_order(order, t) {
2541                 list_for_each_entry(page,
2542                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
2543                         unsigned long i;
2544
2545                         pfn = page_to_pfn(page);
2546                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2547                                 if (!--page_count) {
2548                                         touch_nmi_watchdog();
2549                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2550                                 }
2551                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2552                         }
2553                 }
2554         }
2555         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2556 }
2557 #endif /* CONFIG_PM */
2558
2559 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2560                                                         unsigned int order)
2561 {
2562         int migratetype;
2563
2564         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2565                 return false;
2566
2567         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2568         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2569         return true;
2570 }
2571
2572 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
2573                        bool free_high)
2574 {
2575         int min_nr_free, max_nr_free;
2576
2577         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
2578         if (unlikely(free_high))
2579                 return pcp->count;
2580
2581         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2582         if (unlikely(high < batch))
2583                 return 1;
2584
2585         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2586         min_nr_free = batch;
2587         max_nr_free = high - batch;
2588
2589         /*
2590          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
2591          * freeing of pages without any allocation.
2592          */
2593         batch <<= pcp->free_factor;
2594         if (batch < max_nr_free)
2595                 pcp->free_factor++;
2596         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
2597
2598         return batch;
2599 }
2600
2601 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2602                        bool free_high)
2603 {
2604         int high = READ_ONCE(pcp->high);
2605
2606         if (unlikely(!high || free_high))
2607                 return 0;
2608
2609         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
2610                 return high;
2611
2612         /*
2613          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2614          * stored on pcp lists
2615          */
2616         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
2617 }
2618
2619 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2620                                    struct page *page, int migratetype,
2621                                    unsigned int order)
2622 {
2623         int high;
2624         int pindex;
2625         bool free_high;
2626
2627         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2628         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2629         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2630         pcp->count += 1 << order;
2631
2632         /*
2633          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2634          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2635          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2636          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2637          */
2638         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
2639
2640         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
2641         if (pcp->count >= high) {
2642                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2643
2644                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
2645         }
2646 }
2647
2648 /*
2649  * Free a pcp page
2650  */
2651 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2652 {
2653         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2654         struct per_cpu_pages *pcp;
2655         struct zone *zone;
2656         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2657         int migratetype;
2658
2659         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2660                 return;
2661
2662         /*
2663          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2664          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2665          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2666          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2667          * excessively into the page allocator
2668          */
2669         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2670         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2671                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2672                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2673                         return;
2674                 }
2675                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2676         }
2677
2678         zone = page_zone(page);
2679         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2680         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2681         if (pcp) {
2682                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2683                 pcp_spin_unlock(pcp);
2684         } else {
2685                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2686         }
2687         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2688 }
2689
2690 /*
2691  * Free a list of 0-order pages
2692  */
2693 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2694 {
2695         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2696         struct page *page, *next;
2697         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2698         struct zone *locked_zone = NULL;
2699         int batch_count = 0;
2700         int migratetype;
2701
2702         /* Prepare pages for freeing */
2703         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2704                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2705                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2706                         list_del(&page->lru);
2707                         continue;
2708                 }
2709
2710                 /*
2711                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2712                  * comment in free_unref_page.
2713                  */
2714                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2715                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2716                         list_del(&page->lru);
2717                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2718                         continue;
2719                 }
2720         }
2721
2722         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2723                 struct zone *zone = page_zone(page);
2724
2725                 list_del(&page->lru);
2726                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2727
2728                 /*
2729                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2730                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2731                  * pages.
2732                  */
2733                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2734                         if (pcp) {
2735                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2736                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2737                         }
2738
2739                         batch_count = 0;
2740
2741                         /*
2742                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2743                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2744                          */
2745                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2746                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2747                         if (unlikely(!pcp)) {
2748                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2749                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2750                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2751                                 locked_zone = NULL;
2752                                 continue;
2753                         }
2754                         locked_zone = zone;
2755                 }
2756
2757                 /*
2758                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2759                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2760                  */
2761                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2762                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2763
2764                 trace_mm_page_free_batched(page);
2765                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2766                 batch_count++;
2767         }
2768
2769         if (pcp) {
2770                 pcp_spin_unlock(pcp);
2771                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2772         }
2773 }
2774
2775 /*
2776  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2777  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2778  * Each sub-page must be freed individually.
2779  *
2780  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2781  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2782  */
2783 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2784 {
2785         int i;
2786
2787         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2788         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2789
2790         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2791                 set_page_refcounted(page + i);
2792         split_page_owner(page, 1 << order);
2793         split_page_memcg(page, 1 << order);
2794 }
2795 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2796
2797 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2798 {
2799         struct zone *zone = page_zone(page);
2800         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2801
2802         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2803                 unsigned long watermark;
2804                 /*
2805                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2806                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2807                  * watermark, because we already know our high-order page
2808                  * exists.
2809                  */
2810                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2811                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2812                         return 0;
2813
2814                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2815         }
2816
2817         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2818
2819         /*
2820          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2821          * pageblock
2822          */
2823         if (order >= pageblock_order - 1) {
2824                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2825                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2826                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2827                         /*
2828                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2829                          * with others)
2830                          */
2831                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2832                                 set_pageblock_migratetype(page,
2833                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2834                 }
2835         }
2836
2837         return 1UL << order;
2838 }
2839
2840 /**
2841  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2842  * @page: Page that was isolated
2843  * @order: Order of the isolated page
2844  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2845  *
2846  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2847  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2848  */
2849 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2850 {
2851         struct zone *zone = page_zone(page);
2852
2853         /* zone lock should be held when this function is called */
2854         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2855
2856         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2857         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2858                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2859 }
2860
2861 /*
2862  * Update NUMA hit/miss statistics
2863  */
2864 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2865                                    long nr_account)
2866 {
2867 #ifdef CONFIG_NUMA
2868         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2869
2870         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2871         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2872                 return;
2873
2874         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2875                 local_stat = NUMA_OTHER;
2876
2877         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2878                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2879         else {
2880                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2881                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2882         }
2883         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2884 #endif
2885 }
2886
2887 static __always_inline
2888 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2889                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2890                            int migratetype)
2891 {
2892         struct page *page;
2893         unsigned long flags;
2894
2895         do {
2896                 page = NULL;
2897                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2898                 /*
2899                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
2900                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
2901                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
2902                  * request should skip it.
2903                  */
2904                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2905                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2906                 if (!page) {
2907                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2908
2909                         /*
2910                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2911                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2912                          * failing a high-order atomic allocation in the
2913                          * future.
2914                          */
2915                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2916                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2917
2918                         if (!page) {
2919                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2920                                 return NULL;
2921                         }
2922                 }
2923                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2924                                           get_pcppage_migratetype(page));
2925                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2926         } while (check_new_pages(page, order));
2927
2928         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2929         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2930
2931         return page;
2932 }
2933
2934 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2935 static inline
2936 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2937                         int migratetype,
2938                         unsigned int alloc_flags,
2939                         struct per_cpu_pages *pcp,
2940                         struct list_head *list)
2941 {
2942         struct page *page;
2943
2944         do {
2945                 if (list_empty(list)) {
2946                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2947                         int alloced;
2948
2949                         /*
2950                          * Scale batch relative to order if batch implies
2951                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
2952                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
2953                          * should never store free pages as the pages may
2954                          * belong to arbitrary zones.
2955                          */
2956                         if (batch > 1)
2957                                 batch = max(batch >> order, 2);
2958                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2959                                         batch, list,
2960                                         migratetype, alloc_flags);
2961
2962                         pcp->count += alloced << order;
2963                         if (unlikely(list_empty(list)))
2964                                 return NULL;
2965                 }
2966
2967                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2968                 list_del(&page->pcp_list);
2969                 pcp->count -= 1 << order;
2970         } while (check_new_pages(page, order));
2971
2972         return page;
2973 }
2974
2975 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2976 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2977                         struct zone *zone, unsigned int order,
2978                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2979 {
2980         struct per_cpu_pages *pcp;
2981         struct list_head *list;
2982         struct page *page;
2983         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2984
2985         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2986         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2987         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2988         if (!pcp) {
2989                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2990                 return NULL;
2991         }
2992
2993         /*
2994          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2995          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2996          * frees.
2997          */
2998         pcp->free_factor >>= 1;
2999         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3000         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3001         pcp_spin_unlock(pcp);
3002         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3003         if (page) {
3004                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3005                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3006         }
3007         return page;
3008 }
3009
3010 /*
3011  * Allocate a page from the given zone.
3012  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3013  */
3014
3015 /*
3016  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3017  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3018  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3019  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3020  */
3021 __no_sanitize_memory
3022 static inline
3023 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3024                         struct zone *zone, unsigned int order,
3025                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3026                         int migratetype)
3027 {
3028         struct page *page;
3029
3030         /*
3031          * We most definitely don't want callers attempting to
3032          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3033          */
3034         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3035
3036         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3037                 /*
3038                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3039                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3040                  */
3041                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3042                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3043                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3044                                         migratetype, alloc_flags);
3045                         if (likely(page))
3046                                 goto out;
3047                 }
3048         }
3049
3050         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3051                                                         migratetype);
3052
3053 out:
3054         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3055         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3056                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3057                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3058         }
3059
3060         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3061         return page;
3062 }
3063
3064 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3065
3066 static struct {
3067         struct fault_attr attr;
3068
3069         bool ignore_gfp_highmem;
3070         bool ignore_gfp_reclaim;
3071         u32 min_order;
3072 } fail_page_alloc = {
3073         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3074         .ignore_gfp_reclaim = true,
3075         .ignore_gfp_highmem = true,
3076         .min_order = 1,
3077 };
3078
3079 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3080 {
3081         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3082 }
3083 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3084
3085 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3086 {
3087         int flags = 0;
3088
3089         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3090                 return false;
3091         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3092                 return false;
3093         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3094                 return false;
3095         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3096                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3097                 return false;
3098
3099         /* See comment in __should_failslab() */
3100         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3101                 flags |= FAULT_NOWARN;
3102
3103         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3104 }
3105
3106 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3107
3108 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3109 {
3110         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3111         struct dentry *dir;
3112
3113         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3114                                         &fail_page_alloc.attr);
3115
3116         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3117                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3118         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3119                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3120         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3121
3122         return 0;
3123 }
3124
3125 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3126
3127 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3128
3129 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3130
3131 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3132 {
3133         return false;
3134 }
3135
3136 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3137
3138 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3139 {
3140         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3141 }
3142 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3143
3144 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3145                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3146 {
3147         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3148
3149         /*
3150          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3151          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3152          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3153          */
3154         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3155                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3156
3157 #ifdef CONFIG_CMA
3158         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3159         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3160                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3161 #endif
3162
3163         return unusable_free;
3164 }
3165
3166 /*
3167  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3168  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3169  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3170  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3171  */
3172 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3173                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3174                          long free_pages)
3175 {
3176         long min = mark;
3177         int o;
3178
3179         /* free_pages may go negative - that's OK */
3180         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3181
3182         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3183                 /*
3184                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3185                  * as OOM.
3186                  */
3187                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3188                         min -= min / 2;
3189
3190                         /*
3191                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3192                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3193                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3194                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3195                          * access to the min reserve.
3196                          */
3197                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3198                                 min -= min / 4;
3199                 }
3200
3201                 /*
3202                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3203                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3204                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3205                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3206                  */
3207                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3208                         min -= min / 2;
3209         }
3210
3211         /*
3212          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3213          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3214          * even if a suitable page happened to be free.
3215          */
3216         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3217                 return false;
3218
3219         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3220         if (!order)
3221                 return true;
3222
3223         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3224         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
3225                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3226                 int mt;
3227
3228                 if (!area->nr_free)
3229                         continue;
3230
3231                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3232                         if (!free_area_empty(area, mt))
3233                                 return true;
3234                 }
3235
3236 #ifdef CONFIG_CMA
3237                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3238                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3239                         return true;
3240                 }
3241 #endif
3242                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3243                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3244                         return true;
3245                 }
3246         }
3247         return false;
3248 }
3249
3250 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3251                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3252 {
3253         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3254                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3255 }
3256
3257 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3258                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3259                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3260 {
3261         long free_pages;
3262
3263         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3264
3265         /*
3266          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3267          * need to be calculated.
3268          */
3269         if (!order) {
3270                 long usable_free;
3271                 long reserved;
3272
3273                 usable_free = free_pages;
3274                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3275
3276                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3277                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3278                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3279                         return true;
3280         }
3281
3282         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3283                                         free_pages))
3284                 return true;
3285
3286         /*
3287          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3288          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3289          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3290          * when below the low watermark.
3291          */
3292         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3293                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3294                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3295                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3296                                         alloc_flags, free_pages);
3297         }
3298
3299         return false;
3300 }
3301
3302 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3303                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3304 {
3305         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3306
3307         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3308                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3309
3310         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3311                                                                 free_pages);
3312 }
3313
3314 #ifdef CONFIG_NUMA
3315 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3316
3317 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3318 {
3319         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3320                                 node_reclaim_distance;
3321 }
3322 #else   /* CONFIG_NUMA */
3323 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3324 {
3325         return true;
3326 }
3327 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3328
3329 /*
3330  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3331  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3332  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3333  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3334  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3335  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3336  */
3337 static inline unsigned int
3338 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3339 {
3340         unsigned int alloc_flags;
3341
3342         /*
3343          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3344          * to save a branch.
3345          */
3346         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3347
3348 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3349         if (!zone)
3350                 return alloc_flags;
3351
3352         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3353                 return alloc_flags;
3354
3355         /*
3356          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3357          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3358          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3359          */
3360         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3361         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3362                 return alloc_flags;
3363
3364         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3365 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3366         return alloc_flags;
3367 }
3368
3369 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3370 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3371                                                   unsigned int alloc_flags)
3372 {
3373 #ifdef CONFIG_CMA
3374         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3375                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3376 #endif
3377         return alloc_flags;
3378 }
3379
3380 /*
3381  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3382  * a page.
3383  */
3384 static struct page *
3385 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3386                                                 const struct alloc_context *ac)
3387 {
3388         struct zoneref *z;
3389         struct zone *zone;
3390         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3391         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3392         bool no_fallback;
3393
3394 retry:
3395         /*
3396          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3397          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3398          */
3399         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3400         z = ac->preferred_zoneref;
3401         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3402                                         ac->nodemask) {
3403                 struct page *page;
3404                 unsigned long mark;
3405
3406                 if (cpusets_enabled() &&
3407                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3408                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3409                                 continue;
3410                 /*
3411                  * When allocating a page cache page for writing, we
3412                  * want to get it from a node that is within its dirty
3413                  * limit, such that no single node holds more than its
3414                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3415                  * The dirty limits take into account the node's
3416                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3417                  * should be able to balance it without having to
3418                  * write pages from its LRU list.
3419                  *
3420                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3421                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3422                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3423                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3424                  * nodes are together not big enough to reach the
3425                  * global limit.  The proper fix for these situations
3426                  * will require awareness of nodes in the
3427                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3428                  */
3429                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3430                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3431                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3432                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3433                         }
3434
3435                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3436                                 continue;
3437                 }
3438
3439                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3440                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3441                         int local_nid;
3442
3443                         /*
3444                          * If moving to a remote node, retry but allow
3445                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3446                          * than fragmentation avoidance.
3447                          */
3448                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3449                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3450                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3451                                 goto retry;
3452                         }
3453                 }
3454
3455                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3456                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3457                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3458                                        gfp_mask)) {
3459                         int ret;
3460
3461 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3462                         /*
3463                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3464                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3465                          */
3466                         if (deferred_pages_enabled()) {
3467                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3468                                         goto try_this_zone;
3469                         }
3470 #endif
3471                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3472                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3473                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3474                                 goto try_this_zone;
3475
3476                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3477                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3478                                 continue;
3479
3480                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3481                         switch (ret) {
3482                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3483                                 /* did not scan */
3484                                 continue;
3485                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3486                                 /* scanned but unreclaimable */
3487                                 continue;
3488                         default:
3489                                 /* did we reclaim enough */
3490                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3491                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3492                                         goto try_this_zone;
3493
3494                                 continue;
3495                         }
3496                 }
3497
3498 try_this_zone:
3499                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3500                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3501                 if (page) {
3502                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3503
3504                         /*
3505                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3506                          * if the pageblock should be reserved for the future
3507                          */
3508                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3509                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3510
3511                         return page;
3512                 } else {
3513 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3514                         /* Try again if zone has deferred pages */
3515                         if (deferred_pages_enabled()) {
3516                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3517                                         goto try_this_zone;
3518                         }
3519 #endif
3520                 }
3521         }
3522
3523         /*
3524          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3525          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3526          */
3527         if (no_fallback) {
3528                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3529                 goto retry;
3530         }
3531
3532         return NULL;
3533 }
3534
3535 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3536 {
3537         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3538
3539         /*
3540          * This documents exceptions given to allocations in certain
3541          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3542          * of allowed nodes.
3543          */
3544         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3545                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3546                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3547                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3548         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3549                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3550
3551         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3552 }
3553
3554 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3555 {
3556         struct va_format vaf;
3557         va_list args;
3558         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3559
3560         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3561              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3562              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3563                 return;
3564
3565         va_start(args, fmt);
3566         vaf.fmt = fmt;
3567         vaf.va = &args;
3568         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3569                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3570                         nodemask_pr_args(nodemask));
3571         va_end(args);
3572
3573         cpuset_print_current_mems_allowed();
3574         pr_cont("\n");
3575         dump_stack();
3576         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3577 }
3578
3579 static inline struct page *
3580 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3581                               unsigned int alloc_flags,
3582                               const struct alloc_context *ac)
3583 {
3584         struct page *page;
3585
3586         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3587                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3588         /*
3589          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3590          * are depleted
3591          */
3592         if (!page)
3593                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3594                                 alloc_flags, ac);
3595
3596         return page;
3597 }
3598
3599 static inline struct page *
3600 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3601         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3602 {
3603         struct oom_control oc = {
3604                 .zonelist = ac->zonelist,
3605                 .nodemask = ac->nodemask,
3606                 .memcg = NULL,
3607                 .gfp_mask = gfp_mask,
3608                 .order = order,
3609         };
3610         struct page *page;
3611
3612         *did_some_progress = 0;
3613
3614         /*
3615          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3616          * making progress for us.
3617          */
3618         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3619                 *did_some_progress = 1;
3620                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3621                 return NULL;
3622         }
3623
3624         /*
3625          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3626          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3627          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3628          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3629          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3630          */
3631         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3632                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3633                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3634         if (page)
3635                 goto out;
3636
3637         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3638         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3639                 goto out;
3640         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3641         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3642                 goto out;
3643         /*
3644          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3645          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3646          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3647          * fallback than shooting a random task.
3648          *
3649          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3650          */
3651         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3652                 goto out;
3653         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3654         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3655                 goto out;
3656         if (pm_suspended_storage())
3657                 goto out;
3658         /*
3659          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3660          * other request to make a forward progress.
3661          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3662          * do much for this context but let's try it to at least get
3663          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3664          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3665          * failures more gracefully we should just bail out here.
3666          */
3667
3668         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3669         if (out_of_memory(&oc) ||
3670             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3671                 *did_some_progress = 1;
3672
3673                 /*
3674                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3675                  * reserves
3676                  */
3677                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3678                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3679                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3680         }
3681 out:
3682         mutex_unlock(&oom_lock);
3683         return page;
3684 }
3685
3686 /*
3687  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3688  * killer is consider as the only way to move forward.
3689  */
3690 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3691
3692 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3693 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3694 static struct page *
3695 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3696                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3697                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3698 {
3699         struct page *page = NULL;
3700         unsigned long pflags;
3701         unsigned int noreclaim_flag;
3702
3703         if (!order)
3704                 return NULL;
3705
3706         psi_memstall_enter(&pflags);
3707         delayacct_compact_start();
3708         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3709
3710         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3711                                                                 prio, &page);
3712
3713         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3714         psi_memstall_leave(&pflags);
3715         delayacct_compact_end();
3716
3717         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3718                 return NULL;
3719         /*
3720          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3721          * count a compaction stall
3722          */
3723         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3724
3725         /* Prep a captured page if available */
3726         if (page)
3727                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3728
3729         /* Try get a page from the freelist if available */
3730         if (!page)
3731                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3732
3733         if (page) {
3734                 struct zone *zone = page_zone(page);
3735
3736                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3737                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3738                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3739                 return page;
3740         }
3741
3742         /*
3743          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3744          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3745          */
3746         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3747
3748         cond_resched();
3749
3750         return NULL;
3751 }
3752
3753 static inline bool
3754 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3755                      enum compact_result compact_result,
3756                      enum compact_priority *compact_priority,
3757                      int *compaction_retries)
3758 {
3759         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3760         int min_priority;
3761         bool ret = false;
3762         int retries = *compaction_retries;
3763         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3764
3765         if (!order)
3766                 return false;
3767
3768         if (fatal_signal_pending(current))
3769                 return false;
3770
3771         if (compaction_made_progress(compact_result))
3772                 (*compaction_retries)++;
3773
3774         /*
3775          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3776          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3777          * failure could be caused by insufficient priority
3778          */
3779         if (compaction_failed(compact_result))
3780                 goto check_priority;
3781
3782         /*
3783          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3784          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3785          */
3786         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3787                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3788                 goto out;
3789         }
3790
3791         /*
3792          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3793          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3794          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3795          * we don't just keep bailing out endlessly.
3796          */
3797         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3798                 goto check_priority;
3799         }
3800
3801         /*
3802          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3803          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3804          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3805          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3806          * would need much more detailed feedback from compaction to
3807          * make a better decision.
3808          */
3809         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3810                 max_retries /= 4;
3811         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3812                 ret = true;
3813                 goto out;
3814         }
3815
3816         /*
3817          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3818          * all retries or failed at the lower priorities.
3819          */
3820 check_priority:
3821         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3822                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3823
3824         if (*compact_priority > min_priority) {
3825                 (*compact_priority)--;
3826                 *compaction_retries = 0;
3827                 ret = true;
3828         }
3829 out:
3830         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3831         return ret;
3832 }
3833 #else
3834 static inline struct page *
3835 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3836                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3837                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3838 {
3839         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3840         return NULL;
3841 }
3842
3843 static inline bool
3844 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3845                      enum compact_result compact_result,
3846                      enum compact_priority *compact_priority,
3847                      int *compaction_retries)
3848 {
3849         struct zone *zone;
3850         struct zoneref *z;
3851
3852         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3853                 return false;
3854
3855         /*
3856          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3857          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3858          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3859          * watermarks are OK.
3860          */
3861         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3862                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3863                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3864                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3865                         return true;
3866         }
3867         return false;
3868 }
3869 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3870
3871 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3872 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3873         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3874
3875 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3876 {
3877         /* no reclaim without waiting on it */
3878         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3879                 return false;
3880
3881         /* this guy won't enter reclaim */
3882         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3883                 return false;
3884
3885         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3886                 return false;
3887
3888         return true;
3889 }
3890
3891 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3892 {
3893         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3894 }
3895
3896 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3897 {
3898         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3899 }
3900
3901 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3902 {
3903         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3904
3905         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3906                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3907                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3908
3909 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3910                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3911                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3912 #endif
3913
3914         }
3915 }
3916 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3917
3918 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3919 {
3920         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3921
3922         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3923                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3924                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3925         }
3926 }
3927 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3928 #endif
3929
3930 /*
3931  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3932  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3933  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3934  * embedded spin_lock.
3935  */
3936 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3937
3938 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3939 {
3940         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3941                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3942
3943         return 0;
3944 }
3945
3946 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3947 {
3948         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3949                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3950
3951         return seq;
3952 }
3953
3954 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3955 static unsigned long
3956 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3957                                         const struct alloc_context *ac)
3958 {
3959         unsigned int noreclaim_flag;
3960         unsigned long progress;
3961
3962         cond_resched();
3963
3964         /* We now go into synchronous reclaim */
3965         cpuset_memory_pressure_bump();
3966         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3967         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3968
3969         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3970                                                                 ac->nodemask);
3971
3972         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3973         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3974
3975         cond_resched();
3976
3977         return progress;
3978 }
3979
3980 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3981 static inline struct page *
3982 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3983                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3984                 unsigned long *did_some_progress)
3985 {
3986         struct page *page = NULL;
3987         unsigned long pflags;
3988         bool drained = false;
3989
3990         psi_memstall_enter(&pflags);
3991         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3992         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3993                 goto out;
3994
3995 retry:
3996         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3997
3998         /*
3999          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4000          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4001          * Shrink them and try again
4002          */
4003         if (!page && !drained) {
4004                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4005                 drain_all_pages(NULL);
4006                 drained = true;
4007                 goto retry;
4008         }
4009 out:
4010         psi_memstall_leave(&pflags);
4011
4012         return page;
4013 }
4014
4015 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4016                              const struct alloc_context *ac)
4017 {
4018         struct zoneref *z;
4019         struct zone *zone;
4020         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4021         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4022
4023         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4024                                         ac->nodemask) {
4025                 if (!managed_zone(zone))
4026                         continue;
4027                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4028                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4029                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4030                 }
4031         }
4032 }
4033
4034 static inline unsigned int
4035 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4036 {
4037         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4038
4039         /*
4040          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
4041          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4042          * to save two branches.
4043          */
4044         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
4045         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4046
4047         /*
4048          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4049          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4050          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4051          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
4052          */
4053         alloc_flags |= (__force int)
4054                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4055
4056         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
4057                 /*
4058                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4059                  * if it can't schedule.
4060                  */
4061                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
4062                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
4063
4064                         if (order > 0)
4065                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
4066                 }
4067
4068                 /*
4069                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
4070                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
4071                  * cpuset_node_allowed().
4072                  */
4073                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
4074                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4075         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4076                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
4077
4078         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4079
4080         return alloc_flags;
4081 }
4082
4083 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4084 {
4085         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4086                 return false;
4087
4088         /*
4089          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4090          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4091          */
4092         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4093                 return false;
4094
4095         return true;
4096 }
4097
4098 /*
4099  * Distinguish requests which really need access to full memory
4100  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4101  */
4102 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4103 {
4104         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4105                 return 0;
4106         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4107                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4108         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4109                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4110         if (!in_interrupt()) {
4111                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4112                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4113                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4114                         return ALLOC_OOM;
4115         }
4116
4117         return 0;
4118 }
4119
4120 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4121 {
4122         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4123 }
4124
4125 /*
4126  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4127  * for the given allocation request.
4128  *
4129  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4130  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4131  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4132  *
4133  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4134  */
4135 static inline bool
4136 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4137                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4138                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4139 {
4140         struct zone *zone;
4141         struct zoneref *z;
4142         bool ret = false;
4143
4144         /*
4145          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4146          * their order will become available due to high fragmentation so
4147          * always increment the no progress counter for them
4148          */
4149         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4150                 *no_progress_loops = 0;
4151         else
4152                 (*no_progress_loops)++;
4153
4154         /*
4155          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4156          * several times in the row.
4157          */
4158         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4159                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4160                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4161         }
4162
4163         /*
4164          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4165          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4166          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4167          * screwed and have to go OOM.
4168          */
4169         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4170                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4171                 unsigned long available;
4172                 unsigned long reclaimable;
4173                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4174                 bool wmark;
4175
4176                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4177                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4178
4179                 /*
4180                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4181                  * reclaimable pages?
4182                  */
4183                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4184                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4185                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4186                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4187                 if (wmark) {
4188                         ret = true;
4189                         break;
4190                 }
4191         }
4192
4193         /*
4194          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4195          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4196          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4197          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4198          * here rather than calling cond_resched().
4199          */
4200         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4201                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4202         else
4203                 cond_resched();
4204         return ret;
4205 }
4206
4207 static inline bool
4208 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4209 {
4210         /*
4211          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4212          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4213          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4214          * such a way the check therein was true, and then it became false
4215          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4216          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4217          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4218          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4219          * caller can deal with a violated nodemask.
4220          */
4221         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4222                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4223                 ac->nodemask = NULL;
4224                 return true;
4225         }
4226
4227         /*
4228          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4229          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4230          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4231          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4232          * retry.
4233          */
4234         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4235                 return true;
4236
4237         return false;
4238 }
4239
4240 static inline struct page *
4241 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4242                                                 struct alloc_context *ac)
4243 {
4244         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4245         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4246         struct page *page = NULL;
4247         unsigned int alloc_flags;
4248         unsigned long did_some_progress;
4249         enum compact_priority compact_priority;
4250         enum compact_result compact_result;
4251         int compaction_retries;
4252         int no_progress_loops;
4253         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4254         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4255         int reserve_flags;
4256
4257 restart:
4258         compaction_retries = 0;
4259         no_progress_loops = 0;
4260         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4261         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4262         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4263
4264         /*
4265          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4266          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4267          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4268          */
4269         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4270
4271         /*
4272          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4273          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4274          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4275          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4276          */
4277         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4278                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4279         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4280                 goto nopage;
4281
4282         /*
4283          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4284          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4285          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4286          */
4287         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4288                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4289                                         ac->highest_zoneidx,
4290                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4291                 if (!z->zone)
4292                         goto nopage;
4293         }
4294
4295         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4296                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4297
4298         /*
4299          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4300          * that first
4301          */
4302         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4303         if (page)
4304                 goto got_pg;
4305
4306         /*
4307          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4308          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4309          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4310          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4311          * same migratetype.
4312          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4313          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4314          */
4315         if (can_direct_reclaim &&
4316                         (costly_order ||
4317                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4318                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4319                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4320                                                 alloc_flags, ac,
4321                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4322                                                 &compact_result);
4323                 if (page)
4324                         goto got_pg;
4325
4326                 /*
4327                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4328                  * includes some THP page fault allocations
4329                  */
4330                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4331                         /*
4332                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4333                          * failed because all zones are below low watermarks
4334                          * or is prohibited because it recently failed at this
4335                          * order, fail immediately unless the allocator has
4336                          * requested compaction and reclaim retry.
4337                          *
4338                          * Reclaim is
4339                          *  - potentially very expensive because zones are far
4340                          *    below their low watermarks or this is part of very
4341                          *    bursty high order allocations,
4342                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4343                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4344                          *    linear scan, and
4345                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4346                          *    own.
4347                          */
4348                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4349                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4350                                 goto nopage;
4351
4352                         /*
4353                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4354                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4355                          * using async compaction.
4356                          */
4357                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4358                 }
4359         }
4360
4361 retry:
4362         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4363         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4364                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4365
4366         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4367         if (reserve_flags)
4368                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4369                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4370
4371         /*
4372          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4373          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4374          * user oriented.
4375          */
4376         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4377                 ac->nodemask = NULL;
4378                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4379                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4380         }
4381
4382         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4383         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4384         if (page)
4385                 goto got_pg;
4386
4387         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4388         if (!can_direct_reclaim)
4389                 goto nopage;
4390
4391         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4392         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4393                 goto nopage;
4394
4395         /* Try direct reclaim and then allocating */
4396         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4397                                                         &did_some_progress);
4398         if (page)
4399                 goto got_pg;
4400
4401         /* Try direct compaction and then allocating */
4402         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4403                                         compact_priority, &compact_result);
4404         if (page)
4405                 goto got_pg;
4406
4407         /* Do not loop if specifically requested */
4408         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4409                 goto nopage;
4410
4411         /*
4412          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4413          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4414          */
4415         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4416                 goto nopage;
4417
4418         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4419                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4420                 goto retry;
4421
4422         /*
4423          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4424          * reclaim is not able to make any progress because the current
4425          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4426          * of free memory (see __compaction_suitable)
4427          */
4428         if (did_some_progress > 0 &&
4429                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4430                                 compact_result, &compact_priority,
4431                                 &compaction_retries))
4432                 goto retry;
4433
4434
4435         /*
4436          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4437          * a unnecessary OOM kill.
4438          */
4439         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4440             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4441                 goto restart;
4442
4443         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4444         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4445         if (page)
4446                 goto got_pg;
4447
4448         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4449         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4450             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4451              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4452                 goto nopage;
4453
4454         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4455         if (did_some_progress) {
4456                 no_progress_loops = 0;
4457                 goto retry;
4458         }
4459
4460 nopage:
4461         /*
4462          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4463          * a unnecessary OOM kill.
4464          */
4465         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4466             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4467                 goto restart;
4468
4469         /*
4470          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4471          * we always retry
4472          */
4473         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4474                 /*
4475                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4476                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4477                  */
4478                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4479                         goto fail;
4480
4481                 /*
4482                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4483                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4484                  * for somebody to do a work for us
4485                  */
4486                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4487
4488                 /*
4489                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4490                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4491                  * so that we can identify them and convert them to something
4492                  * else.
4493                  */
4494                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4495
4496                 /*
4497                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4498                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4499                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4500                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4501                  * the situation worse.
4502                  */
4503                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4504                 if (page)
4505                         goto got_pg;
4506
4507                 cond_resched();
4508                 goto retry;
4509         }
4510 fail:
4511         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4512                         "page allocation failure: order:%u", order);
4513 got_pg:
4514         return page;
4515 }
4516
4517 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4518                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4519                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4520                 unsigned int *alloc_flags)
4521 {
4522         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4523         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4524         ac->nodemask = nodemask;
4525         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4526
4527         if (cpusets_enabled()) {
4528                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4529                 /*
4530                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4531                  * to the current task context. It means that any node ok.
4532                  */
4533                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4534                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4535                 else
4536                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4537         }
4538
4539         might_alloc(gfp_mask);
4540
4541         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4542                 return false;
4543
4544         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4545
4546         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4547         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4548
4549         /*
4550          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4551          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4552          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4553          */
4554         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4555                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4556
4557         return true;
4558 }
4559
4560 /*
4561  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4562  * @gfp: GFP flags for the allocation
4563  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4564  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4565  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4566  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4567  * @page_array: Optional array to store the pages
4568  *
4569  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4570  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4571  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4572  *
4573  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4574  *
4575  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4576  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4577  *
4578  * Returns the number of pages on the list or array.
4579  */
4580 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4581                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4582                         struct list_head *page_list,
4583                         struct page **page_array)
4584 {
4585         struct page *page;
4586         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4587         struct zone *zone;
4588         struct zoneref *z;
4589         struct per_cpu_pages *pcp;
4590         struct list_head *pcp_list;
4591         struct alloc_context ac;
4592         gfp_t alloc_gfp;
4593         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4594         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4595
4596         /*
4597          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4598          * to be allocated before disabling IRQs.
4599          */
4600         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4601                 nr_populated++;
4602
4603         /* No pages requested? */
4604         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4605                 goto out;
4606
4607         /* Already populated array? */
4608         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4609                 goto out;
4610
4611         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4612         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4613                 goto failed;
4614
4615         /* Use the single page allocator for one page. */
4616         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4617                 goto failed;
4618
4619 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4620         /*
4621          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4622          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4623          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4624          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4625          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4626          */
4627         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4628                 goto failed;
4629 #endif
4630
4631         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4632         gfp &= gfp_allowed_mask;
4633         alloc_gfp = gfp;
4634         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4635                 goto out;
4636         gfp = alloc_gfp;
4637
4638         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4639         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4640                 unsigned long mark;
4641
4642                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4643                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4644                         continue;
4645                 }
4646
4647                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4648                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4649                         goto failed;
4650                 }
4651
4652                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4653                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4654                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4655                                 alloc_flags, gfp)) {
4656                         break;
4657                 }
4658         }
4659
4660         /*
4661          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4662          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4663          */
4664         if (unlikely(!zone))
4665                 goto failed;
4666
4667         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4668         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4669         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4670         if (!pcp)
4671                 goto failed_irq;
4672
4673         /* Attempt the batch allocation */
4674         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4675         while (nr_populated < nr_pages) {
4676
4677                 /* Skip existing pages */
4678                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4679                         nr_populated++;
4680                         continue;
4681                 }
4682
4683                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4684                                                                 pcp, pcp_list);
4685                 if (unlikely(!page)) {
4686                         /* Try and allocate at least one page */
4687                         if (!nr_account) {
4688                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4689                                 goto failed_irq;
4690                         }
4691                         break;
4692                 }
4693                 nr_account++;
4694
4695                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4696                 if (page_list)
4697                         list_add(&page->lru, page_list);
4698                 else
4699                         page_array[nr_populated] = page;
4700                 nr_populated++;
4701         }
4702
4703         pcp_spin_unlock(pcp);
4704         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4705
4706         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4707         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4708
4709 out:
4710         return nr_populated;
4711
4712 failed_irq:
4713         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4714
4715 failed:
4716         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4717         if (page) {
4718                 if (page_list)
4719                         list_add(&page->lru, page_list);
4720                 else
4721                         page_array[nr_populated] = page;
4722                 nr_populated++;
4723         }
4724
4725         goto out;
4726 }
4727 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4728
4729 /*
4730  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4731  */
4732 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4733                                                         nodemask_t *nodemask)
4734 {
4735         struct page *page;
4736         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4737         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4738         struct alloc_context ac = { };
4739
4740         /*
4741          * There are several places where we assume that the order value is sane
4742          * so bail out early if the request is out of bound.
4743          */
4744         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4745                 return NULL;
4746
4747         gfp &= gfp_allowed_mask;
4748         /*
4749          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4750          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4751          * from a particular context which has been marked by
4752          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4753          * movable zones are not used during allocation.
4754          */
4755         gfp = current_gfp_context(gfp);
4756         alloc_gfp = gfp;
4757         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4758                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4759                 return NULL;
4760
4761         /*
4762          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4763          * memory until all local zones are considered.
4764          */
4765         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4766
4767         /* First allocation attempt */
4768         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4769         if (likely(page))
4770                 goto out;
4771
4772         alloc_gfp = gfp;
4773         ac.spread_dirty_pages = false;
4774
4775         /*
4776          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4777          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4778          */
4779         ac.nodemask = nodemask;
4780
4781         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4782
4783 out:
4784         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4785             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4786                 __free_pages(page, order);
4787                 page = NULL;
4788         }
4789
4790         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4791         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4792
4793         return page;
4794 }
4795 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4796
4797 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4798                 nodemask_t *nodemask)
4799 {
4800         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4801                         preferred_nid, nodemask);
4802
4803         if (page && order > 1)
4804                 prep_transhuge_page(page);
4805         return (struct folio *)page;
4806 }
4807 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4808
4809 /*
4810  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4811  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4812  * you need to access high mem.
4813  */
4814 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4815 {
4816         struct page *page;
4817
4818         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4819         if (!page)
4820                 return 0;
4821         return (unsigned long) page_address(page);
4822 }
4823 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4824
4825 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4826 {
4827         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4828 }
4829 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4830
4831 /**
4832  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4833  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4834  * @order: The order of the allocation.
4835  *
4836  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4837  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4838  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4839  * than was allocated will probably emit a warning.
4840  *
4841  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4842  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4843  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4844  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4845  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4846  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4847  *
4848  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4849  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4850  */
4851 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4852 {
4853         /* get PageHead before we drop reference */
4854         int head = PageHead(page);
4855
4856         if (put_page_testzero(page))
4857                 free_the_page(page, order);
4858         else if (!head)
4859                 while (order-- > 0)
4860                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4861 }
4862 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4863
4864 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4865 {
4866         if (addr != 0) {
4867                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4868                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4869         }
4870 }
4871
4872 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4873
4874 /*
4875  * Page Fragment:
4876  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4877  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4878  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4879  *
4880  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4881  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4882  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4883  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4884  */
4885 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4886                                              gfp_t gfp_mask)
4887 {
4888         struct page *page = NULL;
4889         gfp_t gfp = gfp_mask;
4890
4891 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4892         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4893                     __GFP_NOMEMALLOC;
4894         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4895                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4896         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4897 #endif
4898         if (unlikely(!page))
4899                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4900
4901         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4902
4903         return page;
4904 }
4905
4906 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4907 {
4908         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4909
4910         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4911                 free_the_page(page, compound_order(page));
4912 }
4913 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4914
4915 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4916                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4917                       unsigned int align_mask)
4918 {
4919         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4920         struct page *page;
4921         int offset;
4922
4923         if (unlikely(!nc->va)) {
4924 refill:
4925                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4926                 if (!page)
4927                         return NULL;
4928
4929 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4930                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4931                 size = nc->size;
4932 #endif
4933                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4934                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4935                  */
4936                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4937
4938                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4939                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4940                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4941                 nc->offset = size;
4942         }
4943
4944         offset = nc->offset - fragsz;
4945         if (unlikely(offset < 0)) {
4946                 page = virt_to_page(nc->va);
4947
4948                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4949                         goto refill;
4950
4951                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4952                         free_the_page(page, compound_order(page));
4953                         goto refill;
4954                 }
4955
4956 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4957                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4958                 size = nc->size;
4959 #endif
4960                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4961                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4962
4963                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4964                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4965                 offset = size - fragsz;
4966                 if (unlikely(offset < 0)) {
4967                         /*
4968                          * The caller is trying to allocate a fragment
4969                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4970                          * enough to satisfy the request, this may
4971                          * happen in low memory conditions.
4972                          * We don't release the cache page because
4973                          * it could make memory pressure worse
4974                          * so we simply return NULL here.
4975                          */
4976                         return NULL;
4977                 }
4978         }
4979
4980         nc->pagecnt_bias--;
4981         offset &= align_mask;
4982         nc->offset = offset;
4983
4984         return nc->va + offset;
4985 }
4986 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4987
4988 /*
4989  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4990  */
4991 void page_frag_free(void *addr)
4992 {
4993         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4994
4995         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4996                 free_the_page(page, compound_order(page));
4997 }
4998 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4999
5000 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5001                 size_t size)
5002 {
5003         if (addr) {
5004                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5005                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5006                 struct page *last = page + nr;
5007
5008                 split_page_owner(page, 1 << order);
5009                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5010                 while (page < --last)
5011                         set_page_refcounted(last);
5012
5013                 last = page + (1UL << order);
5014                 for (page += nr; page < last; page++)
5015                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5016         }
5017         return (void *)addr;
5018 }
5019
5020 /**
5021  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5022  * @size: the number of bytes to allocate
5023  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5024  *
5025  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5026  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5027  * allocate memory in power-of-two pages.
5028  *
5029  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5030  *
5031  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5032  *
5033  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5034  */
5035 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5036 {
5037         unsigned int order = get_order(size);
5038         unsigned long addr;
5039
5040         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5041                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5042
5043         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5044         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5045 }
5046 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5047
5048 /**
5049  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5050  *                         pages on a node.
5051  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5052  * @size: the number of bytes to allocate
5053  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5054  *
5055  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5056  * back.
5057  *
5058  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5059  */
5060 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5061 {
5062         unsigned int order = get_order(size);
5063         struct page *p;
5064
5065         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5066                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5067
5068         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5069         if (!p)
5070                 return NULL;
5071         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5072 }
5073
5074 /**
5075  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5076  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5077  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5078  *
5079  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5080  */
5081 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5082 {
5083         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5084         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5085
5086         while (addr < end) {
5087                 free_page(addr);
5088                 addr += PAGE_SIZE;
5089         }
5090 }
5091 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5092
5093 /**
5094  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5095  * @offset: The zone index of the highest zone
5096  *
5097  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5098  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5099  * zone, the number of pages is calculated as:
5100  *
5101  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5102  *
5103  * Return: number of pages beyond high watermark.
5104  */
5105 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5106 {
5107         struct zoneref *z;
5108         struct zone *zone;
5109
5110         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5111         unsigned long sum = 0;
5112
5113         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5114
5115         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5116                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5117                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5118                 if (size > high)
5119                         sum += size - high;
5120         }
5121
5122         return sum;
5123 }
5124
5125 /**
5126  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5127  *
5128  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5129  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5130  *
5131  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5132  * ZONE_NORMAL.
5133  */
5134 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5135 {
5136         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5137 }
5138 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5139
5140 static inline void show_node(struct zone *zone)
5141 {
5142         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5143                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5144 }
5145
5146 long si_mem_available(void)
5147 {
5148         long available;
5149         unsigned long pagecache;
5150         unsigned long wmark_low = 0;
5151         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5152         unsigned long reclaimable;
5153         struct zone *zone;
5154         int lru;
5155
5156         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5157                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5158
5159         for_each_zone(zone)
5160                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5161
5162         /*
5163          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5164          * without causing swapping or OOM.
5165          */
5166         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5167
5168         /*
5169          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5170          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5171          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5172          */
5173         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5174         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5175         available += pagecache;
5176
5177         /*
5178          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5179          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5180          * low watermark.
5181          */
5182         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5183                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5184         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5185
5186         if (available < 0)
5187                 available = 0;
5188         return available;
5189 }
5190 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5191
5192 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5193 {
5194         val->totalram = totalram_pages();
5195         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5196         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5197         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5198         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5199         val->freehigh = nr_free_highpages();
5200         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5201 }
5202
5203 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5204
5205 #ifdef CONFIG_NUMA
5206 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5207 {
5208         int zone_type;          /* needs to be signed */
5209         unsigned long managed_pages = 0;
5210         unsigned long managed_highpages = 0;
5211         unsigned long free_highpages = 0;
5212         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5213
5214         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5215                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5216         val->totalram = managed_pages;
5217         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5218         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5219 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5220         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5221                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5222
5223                 if (is_highmem(zone)) {
5224                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5225                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5226                 }
5227         }
5228         val->totalhigh = managed_highpages;
5229         val->freehigh = free_highpages;
5230 #else
5231         val->totalhigh = managed_highpages;
5232         val->freehigh = free_highpages;
5233 #endif
5234         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5235 }
5236 #endif
5237
5238 /*
5239  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5240  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5241  */
5242 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5243 {
5244         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5245                 return false;
5246
5247         /*
5248          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5249          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5250          * have to be precise here.
5251          */
5252         if (!nodemask)
5253                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5254
5255         return !node_isset(nid, *nodemask);
5256 }
5257
5258 static void show_migration_types(unsigned char type)
5259 {
5260         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5261                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5262                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5263                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5264                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5265 #ifdef CONFIG_CMA
5266                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5267 #endif
5268 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5269                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5270 #endif
5271         };
5272         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5273         char *p = tmp;
5274         int i;
5275
5276         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5277                 if (type & (1 << i))
5278                         *p++ = types[i];
5279         }
5280
5281         *p = '\0';
5282         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5283 }
5284
5285 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
5286 {
5287         int zone_idx;
5288         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
5289                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
5290                         return true;
5291         return false;
5292 }
5293
5294 /*
5295  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5296  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5297  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5298  *
5299  * Bits in @filter:
5300  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5301  *   cpuset.
5302  */
5303 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
5304 {
5305         unsigned long free_pcp = 0;
5306         int cpu, nid;
5307         struct zone *zone;
5308         pg_data_t *pgdat;
5309
5310         for_each_populated_zone(zone) {
5311                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5312                         continue;
5313                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5314                         continue;
5315
5316                 for_each_online_cpu(cpu)
5317                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5318         }
5319
5320         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5321                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5322                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5323                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5324                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
5325                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5326                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5327                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5328                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5329                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5330                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5331                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5332                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5333                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5334                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5335                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5336                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5337                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5338                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5339                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5340                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5341                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5342                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
5343                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5344                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5345                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5346                 free_pcp,
5347                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5348
5349         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5350                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5351                         continue;
5352                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
5353                         continue;
5354
5355                 printk("Node %d"
5356                         " active_anon:%lukB"
5357                         " inactive_anon:%lukB"
5358                         " active_file:%lukB"
5359                         " inactive_file:%lukB"
5360                         " unevictable:%lukB"
5361                         " isolated(anon):%lukB"
5362                         " isolated(file):%lukB"
5363                         " mapped:%lukB"
5364                         " dirty:%lukB"
5365                         " writeback:%lukB"
5366                         " shmem:%lukB"
5367 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5368                         " shmem_thp: %lukB"
5369                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5370                         " anon_thp: %lukB"
5371 #endif
5372                         " writeback_tmp:%lukB"
5373                         " kernel_stack:%lukB"
5374 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5375                         " shadow_call_stack:%lukB"
5376 #endif
5377                         " pagetables:%lukB"
5378                         " sec_pagetables:%lukB"
5379                         " all_unreclaimable? %s"
5380                         "\n",
5381                         pgdat->node_id,
5382                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5383                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5384                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5385                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5386                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5387                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5388                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5389                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5390                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5391                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5392                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5393 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5394                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5395                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5396                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5397 #endif
5398                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5399                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5400 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5401                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5402 #endif
5403                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5404                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
5405                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5406                                 "yes" : "no");
5407         }
5408
5409         for_each_populated_zone(zone) {
5410                 int i;
5411
5412                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5413                         continue;
5414                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5415                         continue;
5416
5417                 free_pcp = 0;
5418                 for_each_online_cpu(cpu)
5419                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5420
5421                 show_node(zone);
5422                 printk(KERN_CONT
5423                         "%s"
5424                         " free:%lukB"
5425                         " boost:%lukB"
5426                         " min:%lukB"
5427                         " low:%lukB"
5428                         " high:%lukB"
5429                         " reserved_highatomic:%luKB"
5430                         " active_anon:%lukB"
5431                         " inactive_anon:%lukB"
5432                         " active_file:%lukB"
5433                         " inactive_file:%lukB"
5434                         " unevictable:%lukB"
5435                         " writepending:%lukB"
5436                         " present:%lukB"
5437                         " managed:%lukB"
5438                         " mlocked:%lukB"
5439                         " bounce:%lukB"
5440                         " free_pcp:%lukB"
5441                         " local_pcp:%ukB"
5442                         " free_cma:%lukB"
5443                         "\n",
5444                         zone->name,
5445                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5446                         K(zone->watermark_boost),
5447                         K(min_wmark_pages(zone)),
5448                         K(low_wmark_pages(zone)),
5449                         K(high_wmark_pages(zone)),
5450                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5451                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5452                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5453                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5454                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5455                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5456                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5457                         K(zone->present_pages),
5458                         K(zone_managed_pages(zone)),
5459                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5460                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5461                         K(free_pcp),
5462                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
5463                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5464                 printk("lowmem_reserve[]:");
5465                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5466                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5467                 printk(KERN_CONT "\n");
5468         }
5469
5470         for_each_populated_zone(zone) {
5471                 unsigned int order;
5472                 unsigned long nr[MAX_ORDER + 1], flags, total = 0;
5473                 unsigned char types[MAX_ORDER + 1];
5474
5475                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5476                         continue;
5477                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5478                         continue;
5479                 show_node(zone);
5480                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5481
5482                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5483                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
5484                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5485                         int type;
5486
5487                         nr[order] = area->nr_free;
5488                         total += nr[order] << order;
5489
5490                         types[order] = 0;
5491                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5492                                 if (!free_area_empty(area, type))
5493                                         types[order] |= 1 << type;
5494                         }
5495                 }
5496                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5497                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
5498                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5499                                nr[order], K(1UL) << order);
5500                         if (nr[order])
5501                                 show_migration_types(types[order]);
5502                 }
5503                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5504         }
5505
5506         for_each_online_node(nid) {
5507                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
5508                         continue;
5509                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
5510         }
5511
5512         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5513
5514         show_swap_cache_info();
5515 }
5516
5517 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5518 {
5519         zoneref->zone = zone;
5520         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5521 }
5522
5523 /*
5524  * Builds allocation fallback zone lists.
5525  *
5526  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5527  */
5528 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5529 {
5530         struct zone *zone;
5531         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5532         int nr_zones = 0;
5533
5534         do {
5535                 zone_type--;
5536                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5537                 if (populated_zone(zone)) {
5538                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5539                         check_highest_zone(zone_type);
5540                 }
5541         } while (zone_type);
5542
5543         return nr_zones;
5544 }
5545
5546 #ifdef CONFIG_NUMA
5547
5548 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5549 {
5550         /*
5551          * We used to support different zonelists modes but they turned
5552          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5553          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5554          * not fail it silently
5555          */
5556         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5557                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5558                 return -EINVAL;
5559         }
5560         return 0;
5561 }
5562
5563 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5564
5565 /*
5566  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5567  */
5568 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5569                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5570 {
5571         if (write)
5572                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5573         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5574 }
5575
5576
5577 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5578
5579 /**
5580  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5581  * @node: node whose fallback list we're appending
5582  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5583  *
5584  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5585  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5586  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5587  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5588  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5589  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5590  * on them otherwise.
5591  *
5592  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5593  */
5594 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5595 {
5596         int n, val;
5597         int min_val = INT_MAX;
5598         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5599
5600         /* Use the local node if we haven't already */
5601         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5602                 node_set(node, *used_node_mask);
5603                 return node;
5604         }
5605
5606         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5607
5608                 /* Don't want a node to appear more than once */
5609                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5610                         continue;
5611
5612                 /* Use the distance array to find the distance */
5613                 val = node_distance(node, n);
5614
5615                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5616                 val += (n < node);
5617
5618                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5619                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5620                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5621
5622                 /* Slight preference for less loaded node */
5623                 val *= MAX_NUMNODES;
5624                 val += node_load[n];
5625
5626                 if (val < min_val) {
5627                         min_val = val;
5628                         best_node = n;
5629                 }
5630         }
5631
5632         if (best_node >= 0)
5633                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5634
5635         return best_node;
5636 }
5637
5638
5639 /*
5640  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5641  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5642  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5643  */
5644 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5645                 unsigned nr_nodes)
5646 {
5647         struct zoneref *zonerefs;
5648         int i;
5649
5650         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5651
5652         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5653                 int nr_zones;
5654
5655                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5656
5657                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5658                 zonerefs += nr_zones;
5659         }
5660         zonerefs->zone = NULL;
5661         zonerefs->zone_idx = 0;
5662 }
5663
5664 /*
5665  * Build gfp_thisnode zonelists
5666  */
5667 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5668 {
5669         struct zoneref *zonerefs;
5670         int nr_zones;
5671
5672         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5673         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5674         zonerefs += nr_zones;
5675         zonerefs->zone = NULL;
5676         zonerefs->zone_idx = 0;
5677 }
5678
5679 /*
5680  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5681  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5682  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5683  * may still exist in local DMA zone.
5684  */
5685
5686 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5687 {
5688         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5689         int node, nr_nodes = 0;
5690         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5691         int local_node, prev_node;
5692
5693         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5694         local_node = pgdat->node_id;
5695         prev_node = local_node;
5696
5697         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5698         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5699                 /*
5700                  * We don't want to pressure a particular node.
5701                  * So adding penalty to the first node in same
5702                  * distance group to make it round-robin.
5703                  */
5704                 if (node_distance(local_node, node) !=
5705                     node_distance(local_node, prev_node))
5706                         node_load[node] += 1;
5707
5708                 node_order[nr_nodes++] = node;
5709                 prev_node = node;
5710         }
5711
5712         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5713         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5714         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5715         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5716                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5717         pr_cont("\n");
5718 }
5719
5720 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5721 /*
5722  * Return node id of node used for "local" allocations.
5723  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5724  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5725  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5726  */
5727 int local_memory_node(int node)
5728 {
5729         struct zoneref *z;
5730
5731         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5732                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5733                                    NULL);
5734         return zone_to_nid(z->zone);
5735 }
5736 #endif
5737
5738 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5739 static void setup_min_slab_ratio(void);
5740 #else   /* CONFIG_NUMA */
5741
5742 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5743 {
5744         int node, local_node;
5745         struct zoneref *zonerefs;
5746         int nr_zones;
5747
5748         local_node = pgdat->node_id;
5749
5750         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5751         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5752         zonerefs += nr_zones;
5753
5754         /*
5755          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5756          * of all the other nodes.
5757          * We don't want to pressure a particular node, so when
5758          * building the zones for node N, we make sure that the
5759          * zones coming right after the local ones are those from
5760          * node N+1 (modulo N)
5761          */
5762         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5763                 if (!node_online(node))
5764                         continue;
5765                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5766                 zonerefs += nr_zones;
5767         }
5768         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5769                 if (!node_online(node))
5770                         continue;
5771                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5772                 zonerefs += nr_zones;
5773         }
5774
5775         zonerefs->zone = NULL;
5776         zonerefs->zone_idx = 0;
5777 }
5778
5779 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5780
5781 /*
5782  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5783  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5784  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5785  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5786  * with interrupts disabled.
5787  *
5788  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5789  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5790  * hotplugged processors.
5791  *
5792  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5793  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5794  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5795  */
5796 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5797 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5798 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5799 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5800 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5801 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5802
5803 static void __build_all_zonelists(void *data)
5804 {
5805         int nid;
5806         int __maybe_unused cpu;
5807         pg_data_t *self = data;
5808         unsigned long flags;
5809
5810         /*
5811          * Explicitly disable this CPU's interrupts before taking seqlock
5812          * to prevent any IRQ handler from calling into the page allocator
5813          * (e.g. GFP_ATOMIC) that could hit zonelist_iter_begin and livelock.
5814          */
5815         local_irq_save(flags);
5816         /*
5817          * Explicitly disable this CPU's synchronous printk() before taking
5818          * seqlock to prevent any printk() from trying to hold port->lock, for
5819          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5820          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5821          */
5822         printk_deferred_enter();
5823         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
5824
5825 #ifdef CONFIG_NUMA
5826         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5827 #endif
5828
5829         /*
5830          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5831          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5832          */
5833         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5834                 build_zonelists(self);
5835         } else {
5836                 /*
5837                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5838                  * in free_area_init
5839                  */
5840                 for_each_node(nid) {
5841                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5842
5843                         build_zonelists(pgdat);
5844                 }
5845
5846 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5847                 /*
5848                  * We now know the "local memory node" for each node--
5849                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5850                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5851                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5852                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5853                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5854                  */
5855                 for_each_online_cpu(cpu)
5856                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5857 #endif
5858         }
5859
5860         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
5861         printk_deferred_exit();
5862         local_irq_restore(flags);
5863 }
5864
5865 static noinline void __init
5866 build_all_zonelists_init(void)
5867 {
5868         int cpu;
5869
5870         __build_all_zonelists(NULL);
5871
5872         /*
5873          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5874          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5875          * each zone will be allocated later when the per cpu
5876          * allocator is available.
5877          *
5878          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5879          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5880          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5881          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5882          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5883          * (a chicken-egg dilemma).
5884          */
5885         for_each_possible_cpu(cpu)
5886                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5887
5888         mminit_verify_zonelist();
5889         cpuset_init_current_mems_allowed();
5890 }
5891
5892 /*
5893  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5894  *
5895  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5896  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5897  */
5898 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5899 {
5900         unsigned long vm_total_pages;
5901
5902         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5903                 build_all_zonelists_init();
5904         } else {
5905                 __build_all_zonelists(pgdat);
5906                 /* cpuset refresh routine should be here */
5907         }
5908         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5909         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5910         /*
5911          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5912          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5913          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5914          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5915          * disabled and enable it later
5916          */
5917         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5918                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5919         else
5920                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5921
5922         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5923                 nr_online_nodes,
5924                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5925                 vm_total_pages);
5926 #ifdef CONFIG_NUMA
5927         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5928 #endif
5929 }
5930
5931 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5932 {
5933 #ifdef CONFIG_MMU
5934         int batch;
5935
5936         /*
5937          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5938          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5939          * size is striking a balance between allocation latency
5940          * and zone lock contention.
5941          */
5942         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5943         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5944         if (batch < 1)
5945                 batch = 1;
5946
5947         /*
5948          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5949          * of 2 value was found to be more likely to have
5950          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5951          *
5952          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5953          * batches of pages, one task can end up with a lot
5954          * of pages of one half of the possible page colors
5955          * and the other with pages of the other colors.
5956          */
5957         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5958
5959         return batch;
5960
5961 #else
5962         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5963          * conditions.
5964          *
5965          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5966          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5967          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5968          *
5969          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5970          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5971          * can be a significant delay between the individual batches being
5972          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5973          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5974          */
5975         return 0;
5976 #endif
5977 }
5978
5979 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
5980 {
5981 #ifdef CONFIG_MMU
5982         int high;
5983         int nr_split_cpus;
5984         unsigned long total_pages;
5985
5986         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
5987                 /*
5988                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5989                  * low watermark so that if they are full then background
5990                  * reclaim will not be started prematurely.
5991                  */
5992                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5993         } else {
5994                 /*
5995                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5996                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5997                  * zone.
5998                  */
5999                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6000         }
6001
6002         /*
6003          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6004          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6005          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6006          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6007          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6008          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6009          */
6010         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6011         if (!nr_split_cpus)
6012                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6013         high = total_pages / nr_split_cpus;
6014
6015         /*
6016          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6017          * historical relationship between high and batch.
6018          */
6019         high = max(high, batch << 2);
6020
6021         return high;
6022 #else
6023         return 0;
6024 #endif
6025 }
6026
6027 /*
6028  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6029  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6030  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6031  *
6032  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6033  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6034  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6035  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6036  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6037  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6038  *
6039  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6040  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6041  * exist).
6042  */
6043 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6044                 unsigned long batch)
6045 {
6046         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6047         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6048 }
6049
6050 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6051 {
6052         int pindex;
6053
6054         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6055         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6056
6057         spin_lock_init(&pcp->lock);
6058         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6059                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6060
6061         /*
6062          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6063          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6064          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6065          * pageset yet.
6066          */
6067         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6068         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6069         pcp->free_factor = 0;
6070 }
6071
6072 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6073                 unsigned long batch)
6074 {
6075         struct per_cpu_pages *pcp;
6076         int cpu;
6077
6078         for_each_possible_cpu(cpu) {
6079                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6080                 pageset_update(pcp, high, batch);
6081         }
6082 }
6083
6084 /*
6085  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6086  * zone based on the zone's size.
6087  */
6088 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6089 {
6090         int new_high, new_batch;
6091
6092         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6093         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6094
6095         if (zone->pageset_high == new_high &&
6096             zone->pageset_batch == new_batch)
6097                 return;
6098
6099         zone->pageset_high = new_high;
6100         zone->pageset_batch = new_batch;
6101
6102         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6103 }
6104
6105 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6106 {
6107         int cpu;
6108
6109         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6110         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6111                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6112
6113         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6114         for_each_possible_cpu(cpu) {
6115                 struct per_cpu_pages *pcp;
6116                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6117
6118                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6119                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6120                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6121         }
6122
6123         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6124 }
6125
6126 /*
6127  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6128  * page high values need to be recalculated.
6129  */
6130 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
6131 {
6132         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6133         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
6134         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6135 }
6136
6137 /*
6138  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6139  * Before this call only boot pagesets were available.
6140  */
6141 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6142 {
6143         struct pglist_data *pgdat;
6144         struct zone *zone;
6145         int __maybe_unused cpu;
6146
6147         for_each_populated_zone(zone)
6148                 setup_zone_pageset(zone);
6149
6150 #ifdef CONFIG_NUMA
6151         /*
6152          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6153          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6154          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6155          * the nodes these zones are associated with.
6156          */
6157         for_each_possible_cpu(cpu) {
6158                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6159                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6160                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6161         }
6162 #endif
6163
6164         for_each_online_pgdat(pgdat)
6165                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6166                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6167 }
6168
6169 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6170 {
6171         /*
6172          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6173          * relies on the ability of the linker to provide the
6174          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6175          */
6176         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6177         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6178         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6179         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6180
6181         if (populated_zone(zone))
6182                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6183                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6184 }
6185
6186 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6187 {
6188         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
6189         totalram_pages_add(count);
6190 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6191         if (PageHighMem(page))
6192                 totalhigh_pages_add(count);
6193 #endif
6194 }
6195 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6196
6197 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
6198 {
6199         void *pos;
6200         unsigned long pages = 0;
6201
6202         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6203         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6204         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6205                 struct page *page = virt_to_page(pos);
6206                 void *direct_map_addr;
6207
6208                 /*
6209                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
6210                  * because some architectures' virt_to_page()
6211                  * work with aliases.  Getting the direct map
6212                  * address ensures that we get a _writeable_
6213                  * alias for the memset().
6214                  */
6215                 direct_map_addr = page_address(page);
6216                 /*
6217                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
6218                  * has not been initialized.
6219                  */
6220                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
6221                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6222                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
6223
6224                 free_reserved_page(page);
6225         }
6226
6227         if (pages && s)
6228                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
6229
6230         return pages;
6231 }
6232
6233 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6234 {
6235         struct zone *zone;
6236
6237         lru_add_drain_cpu(cpu);
6238         mlock_drain_remote(cpu);
6239         drain_pages(cpu);
6240
6241         /*
6242          * Spill the event counters of the dead processor
6243          * into the current processors event counters.
6244          * This artificially elevates the count of the current
6245          * processor.
6246          */
6247         vm_events_fold_cpu(cpu);
6248
6249         /*
6250          * Zero the differential counters of the dead processor
6251          * so that the vm statistics are consistent.
6252          *
6253          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6254          * race with what we are doing.
6255          */
6256         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6257
6258         for_each_populated_zone(zone)
6259                 zone_pcp_update(zone, 0);
6260
6261         return 0;
6262 }
6263
6264 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
6265 {
6266         struct zone *zone;
6267
6268         for_each_populated_zone(zone)
6269                 zone_pcp_update(zone, 1);
6270         return 0;
6271 }
6272
6273 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
6274 {
6275         int ret;
6276
6277         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
6278                                         "mm/page_alloc:pcp",
6279                                         page_alloc_cpu_online,
6280                                         page_alloc_cpu_dead);
6281         WARN_ON(ret < 0);
6282 }
6283
6284 /*
6285  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6286  *      or min_free_kbytes changes.
6287  */
6288 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6289 {
6290         struct pglist_data *pgdat;
6291         unsigned long reserve_pages = 0;
6292         enum zone_type i, j;
6293
6294         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6295
6296                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6297
6298                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6299                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6300                         long max = 0;
6301                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
6302
6303                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6304                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6305                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6306                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6307                         }
6308
6309                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6310                         max += high_wmark_pages(zone);
6311
6312                         if (max > managed_pages)
6313                                 max = managed_pages;
6314
6315                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6316
6317                         reserve_pages += max;
6318                 }
6319         }
6320         totalreserve_pages = reserve_pages;
6321 }
6322
6323 /*
6324  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6325  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6326  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6327  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6328  */
6329 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6330 {
6331         struct pglist_data *pgdat;
6332         enum zone_type i, j;
6333
6334         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6335                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
6336                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
6337                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
6338                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
6339                         unsigned long managed_pages = 0;
6340
6341                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6342                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
6343
6344                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
6345
6346                                 if (clear)
6347                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6348                                 else
6349                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
6350                         }
6351                 }
6352         }
6353
6354         /* update totalreserve_pages */
6355         calculate_totalreserve_pages();
6356 }
6357
6358 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6359 {
6360         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6361         unsigned long lowmem_pages = 0;
6362         struct zone *zone;
6363         unsigned long flags;
6364
6365         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6366         for_each_zone(zone) {
6367                 if (!is_highmem(zone))
6368                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
6369         }
6370
6371         for_each_zone(zone) {
6372                 u64 tmp;
6373
6374                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6375                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
6376                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6377                 if (is_highmem(zone)) {
6378                         /*
6379                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6380                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6381                          * value here.
6382                          *
6383                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6384                          * deltas control async page reclaim, and so should
6385                          * not be capped for highmem.
6386                          */
6387                         unsigned long min_pages;
6388
6389                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6390                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6391                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6392                 } else {
6393                         /*
6394                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6395                          * proportionate to the zone's size.
6396                          */
6397                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6398                 }
6399
6400                 /*
6401                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6402                  * scale factor in proportion to available memory, but
6403                  * ensure a minimum size on small systems.
6404                  */
6405                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6406                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
6407                                       watermark_scale_factor, 10000));
6408
6409                 zone->watermark_boost = 0;
6410                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6411                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
6412                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
6413
6414                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6415         }
6416
6417         /* update totalreserve_pages */
6418         calculate_totalreserve_pages();
6419 }
6420
6421 /**
6422  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6423  * or when memory is hot-{added|removed}
6424  *
6425  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6426  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6427  */
6428 void setup_per_zone_wmarks(void)
6429 {
6430         struct zone *zone;
6431         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6432
6433         spin_lock(&lock);
6434         __setup_per_zone_wmarks();
6435         spin_unlock(&lock);
6436
6437         /*
6438          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
6439          * and high limits or the limits may be inappropriate.
6440          */
6441         for_each_zone(zone)
6442                 zone_pcp_update(zone, 0);
6443 }
6444
6445 /*
6446  * Initialise min_free_kbytes.
6447  *
6448  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6449  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6450  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6451  *
6452  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6453  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6454  *
6455  * which yields
6456  *
6457  * 16MB:        512k
6458  * 32MB:        724k
6459  * 64MB:        1024k
6460  * 128MB:       1448k
6461  * 256MB:       2048k
6462  * 512MB:       2896k
6463  * 1024MB:      4096k
6464  * 2048MB:      5792k
6465  * 4096MB:      8192k
6466  * 8192MB:      11584k
6467  * 16384MB:     16384k
6468  */
6469 void calculate_min_free_kbytes(void)
6470 {
6471         unsigned long lowmem_kbytes;
6472         int new_min_free_kbytes;
6473
6474         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6475         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6476
6477         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6478                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6479         else
6480                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6481                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6482
6483 }
6484
6485 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6486 {
6487         calculate_min_free_kbytes();
6488         setup_per_zone_wmarks();
6489         refresh_zone_stat_thresholds();
6490         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6491
6492 #ifdef CONFIG_NUMA
6493         setup_min_unmapped_ratio();
6494         setup_min_slab_ratio();
6495 #endif
6496
6497         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6498
6499         return 0;
6500 }
6501 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6502
6503 /*
6504  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6505  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6506  *      changes.
6507  */
6508 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6509                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6510 {
6511         int rc;
6512
6513         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6514         if (rc)
6515                 return rc;
6516
6517         if (write) {
6518                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6519                 setup_per_zone_wmarks();
6520         }
6521         return 0;
6522 }
6523
6524 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6525                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6526 {
6527         int rc;
6528
6529         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6530         if (rc)
6531                 return rc;
6532
6533         if (write)
6534                 setup_per_zone_wmarks();
6535
6536         return 0;
6537 }
6538
6539 #ifdef CONFIG_NUMA
6540 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6541 {
6542         pg_data_t *pgdat;
6543         struct zone *zone;
6544
6545         for_each_online_pgdat(pgdat)
6546                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6547
6548         for_each_zone(zone)
6549                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6550                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6551 }
6552
6553
6554 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6555                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6556 {
6557         int rc;
6558
6559         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6560         if (rc)
6561                 return rc;
6562
6563         setup_min_unmapped_ratio();
6564
6565         return 0;
6566 }
6567
6568 static void setup_min_slab_ratio(void)
6569 {
6570         pg_data_t *pgdat;
6571         struct zone *zone;
6572
6573         for_each_online_pgdat(pgdat)
6574                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6575
6576         for_each_zone(zone)
6577                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6578                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6579 }
6580
6581 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6582                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6583 {
6584         int rc;
6585
6586         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6587         if (rc)
6588                 return rc;
6589
6590         setup_min_slab_ratio();
6591
6592         return 0;
6593 }
6594 #endif
6595
6596 /*
6597  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6598  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6599  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6600  *
6601  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6602  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6603  * if in function of the boot time zone sizes.
6604  */
6605 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6606                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6607 {
6608         int i;
6609
6610         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6611
6612         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6613                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6614                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6615         }
6616
6617         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6618         return 0;
6619 }
6620
6621 /*
6622  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6623  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6624  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6625  */
6626 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6627                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6628 {
6629         struct zone *zone;
6630         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6631         int ret;
6632
6633         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6634         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6635
6636         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6637         if (!write || ret < 0)
6638                 goto out;
6639
6640         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6641         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6642             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6643                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6644                 ret = -EINVAL;
6645                 goto out;
6646         }
6647
6648         /* No change? */
6649         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6650                 goto out;
6651
6652         for_each_populated_zone(zone)
6653                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6654 out:
6655         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6656         return ret;
6657 }
6658
6659 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6660 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
6661         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
6662 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6663 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6664 {
6665         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6666
6667         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6668                 struct page *page;
6669
6670                 dump_stack();
6671                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6672                         dump_page(page, "migration failure");
6673         }
6674 }
6675 #else
6676 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6677 {
6678 }
6679 #endif
6680
6681 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6682 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6683                                         unsigned long start, unsigned long end)
6684 {
6685         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6686         unsigned int nr_reclaimed;
6687         unsigned long pfn = start;
6688         unsigned int tries = 0;
6689         int ret = 0;
6690         struct migration_target_control mtc = {
6691                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6692                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6693         };
6694
6695         lru_cache_disable();
6696
6697         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6698                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6699                         ret = -EINTR;
6700                         break;
6701                 }
6702
6703                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6704                         cc->nr_migratepages = 0;
6705                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6706                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6707                                 break;
6708                         pfn = cc->migrate_pfn;
6709                         tries = 0;
6710                 } else if (++tries == 5) {
6711                         ret = -EBUSY;
6712                         break;
6713                 }
6714
6715                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6716                                                         &cc->migratepages);
6717                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6718
6719                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6720                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6721
6722                 /*
6723                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6724                  * to retry again over this error, so do the same here.
6725                  */
6726                 if (ret == -ENOMEM)
6727                         break;
6728         }
6729
6730         lru_cache_enable();
6731         if (ret < 0) {
6732                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6733                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6734                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6735                 return ret;
6736         }
6737         return 0;
6738 }
6739
6740 /**
6741  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6742  * @start:      start PFN to allocate
6743  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6744  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6745  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6746  *                      in range must have the same migratetype and it must
6747  *                      be either of the two.
6748  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6749  *
6750  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6751  * belong to a single zone.
6752  *
6753  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6754  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6755  * be modified by others.
6756  *
6757  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6758  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6759  * need to be freed with free_contig_range().
6760  */
6761 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6762                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6763 {
6764         unsigned long outer_start, outer_end;
6765         int order;
6766         int ret = 0;
6767
6768         struct compact_control cc = {
6769                 .nr_migratepages = 0,
6770                 .order = -1,
6771                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6772                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6773                 .ignore_skip_hint = true,
6774                 .no_set_skip_hint = true,
6775                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6776                 .alloc_contig = true,
6777         };
6778         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6779
6780         /*
6781          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6782          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6783          * have different sizes, and due to the way page allocator
6784          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6785          *
6786          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6787          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6788          * we are interested in). This will put all the pages in
6789          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6790          *
6791          * When this is done, we take the pages in range from page
6792          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6793          * page allocator will never consider using them.
6794          *
6795          * This lets us mark the pageblocks back as
6796          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6797          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6798          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6799          */
6800
6801         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6802         if (ret)
6803                 goto done;
6804
6805         drain_all_pages(cc.zone);
6806
6807         /*
6808          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6809          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6810          * which will report the busy page.
6811          *
6812          * It is possible that busy pages could become available before
6813          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6814          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6815          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6816          */
6817         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6818         if (ret && ret != -EBUSY)
6819                 goto done;
6820         ret = 0;
6821
6822         /*
6823          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6824          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6825          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6826          * What we are going to do is to allocate all pages from
6827          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6828          *
6829          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6830          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6831          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6832          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6833          * once this is done free the pages we are not interested in.
6834          *
6835          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6836          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6837          */
6838
6839         order = 0;
6840         outer_start = start;
6841         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6842                 if (++order > MAX_ORDER) {
6843                         outer_start = start;
6844                         break;
6845                 }
6846                 outer_start &= ~0UL << order;
6847         }
6848
6849         if (outer_start != start) {
6850                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6851
6852                 /*
6853                  * outer_start page could be small order buddy page and
6854                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6855                  * in this case to report failed page properly
6856                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6857                  */
6858                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6859                         outer_start = start;
6860         }
6861
6862         /* Make sure the range is really isolated. */
6863         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6864                 ret = -EBUSY;
6865                 goto done;
6866         }
6867
6868         /* Grab isolated pages from freelists. */
6869         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6870         if (!outer_end) {
6871                 ret = -EBUSY;
6872                 goto done;
6873         }
6874
6875         /* Free head and tail (if any) */
6876         if (start != outer_start)
6877                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6878         if (end != outer_end)
6879                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6880
6881 done:
6882         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6883         return ret;
6884 }
6885 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6886
6887 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6888                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6889 {
6890         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6891
6892         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6893                                   gfp_mask);
6894 }
6895
6896 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6897                                    unsigned long nr_pages)
6898 {
6899         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6900         struct page *page;
6901
6902         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6903                 page = pfn_to_online_page(i);
6904                 if (!page)
6905                         return false;
6906
6907                 if (page_zone(page) != z)
6908                         return false;
6909
6910                 if (PageReserved(page))
6911                         return false;
6912
6913                 if (PageHuge(page))
6914                         return false;
6915         }
6916         return true;
6917 }
6918
6919 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6920                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6921 {
6922         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6923
6924         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6925 }
6926
6927 /**
6928  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6929  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6930  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6931  * @nid:        Target node
6932  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6933  *
6934  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6935  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6936  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6937  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6938  *
6939  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6940  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6941  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6942  *
6943  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6944  * __free_page() on each allocated page.
6945  *
6946  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6947  */
6948 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6949                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6950 {
6951         unsigned long ret, pfn, flags;
6952         struct zonelist *zonelist;
6953         struct zone *zone;
6954         struct zoneref *z;
6955
6956         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6957         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6958                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6959                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6960
6961                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6962                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6963                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6964                                 /*
6965                                  * We release the zone lock here because
6966                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6967                                  * at some point. If there's an allocation
6968                                  * spinning on this lock, it may win the race
6969                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6970                                  */
6971                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6972                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6973                                                         gfp_mask);
6974                                 if (!ret)
6975                                         return pfn_to_page(pfn);
6976                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6977                         }
6978                         pfn += nr_pages;
6979                 }
6980                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6981         }
6982         return NULL;
6983 }
6984 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6985
6986 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6987 {
6988         unsigned long count = 0;
6989
6990         for (; nr_pages--; pfn++) {
6991                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6992
6993                 count += page_count(page) != 1;
6994                 __free_page(page);
6995         }
6996         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6997 }
6998 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6999
7000 /*
7001  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
7002  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
7003  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
7004  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
7005  *
7006  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
7007  */
7008 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
7009 {
7010         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7011         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
7012         __drain_all_pages(zone, true);
7013 }
7014
7015 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
7016 {
7017         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
7018         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7019 }
7020
7021 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7022 {
7023         int cpu;
7024         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7025
7026         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
7027                 for_each_online_cpu(cpu) {
7028                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7029                         drain_zonestat(zone, pzstats);
7030                 }
7031                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
7032                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7033                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
7034                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
7035                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7036                 }
7037         }
7038 }
7039
7040 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7041 /*
7042  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
7043  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
7044  */
7045 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7046 {
7047         unsigned long pfn = start_pfn;
7048         struct page *page;
7049         struct zone *zone;
7050         unsigned int order;
7051         unsigned long flags;
7052
7053         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
7054         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7055         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7056         while (pfn < end_pfn) {
7057                 page = pfn_to_page(pfn);
7058                 /*
7059                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7060                  * page_count() is not 0.
7061                  */
7062                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7063                         pfn++;
7064                         continue;
7065                 }
7066                 /*
7067                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
7068                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
7069                  */
7070                 if (PageOffline(page)) {
7071                         BUG_ON(page_count(page));
7072                         BUG_ON(PageBuddy(page));
7073                         pfn++;
7074                         continue;
7075                 }
7076
7077                 BUG_ON(page_count(page));
7078                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7079                 order = buddy_order(page);
7080                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
7081                 pfn += (1 << order);
7082         }
7083         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7084 }
7085 #endif
7086
7087 /*
7088  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
7089  */
7090 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7091 {
7092         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7093         unsigned int order;
7094
7095         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
7096                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7097
7098                 if (PageBuddy(page_head) &&
7099                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
7100                         break;
7101         }
7102
7103         return order <= MAX_ORDER;
7104 }
7105 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
7106
7107 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7108 /*
7109  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
7110  * buddy allocator.
7111  */
7112 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
7113                                    struct page *target, int low, int high,
7114                                    int migratetype)
7115 {
7116         unsigned long size = 1 << high;
7117         struct page *current_buddy, *next_page;
7118
7119         while (high > low) {
7120                 high--;
7121                 size >>= 1;
7122
7123                 if (target >= &page[size]) {
7124                         next_page = page + size;
7125                         current_buddy = page;
7126                 } else {
7127                         next_page = page;
7128                         current_buddy = page + size;
7129                 }
7130
7131                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
7132                         continue;
7133
7134                 if (current_buddy != target) {
7135                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
7136                         set_buddy_order(current_buddy, high);
7137                         page = next_page;
7138                 }
7139         }
7140 }
7141
7142 /*
7143  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
7144  */
7145 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
7146 {
7147         struct zone *zone = page_zone(page);
7148         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7149         unsigned long flags;
7150         unsigned int order;
7151         bool ret = false;
7152
7153         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7154         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
7155                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7156                 int page_order = buddy_order(page_head);
7157
7158                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
7159                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
7160                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
7161                                                                    pfn_head);
7162
7163                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
7164                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
7165                                                 page_order, migratetype);
7166                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
7167                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
7168                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
7169                         ret = true;
7170                         break;
7171                 }
7172                 if (page_count(page_head) > 0)
7173                         break;
7174         }
7175         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7176         return ret;
7177 }
7178
7179 /*
7180  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
7181  */
7182 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
7183 {
7184         struct zone *zone = page_zone(page);
7185         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7186         unsigned long flags;
7187         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
7188         bool ret = false;
7189
7190         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7191         if (put_page_testzero(page)) {
7192                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
7193                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
7194                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
7195                         ret = true;
7196                 }
7197         }
7198         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7199
7200         return ret;
7201 }
7202 #endif
7203
7204 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
7205 bool has_managed_dma(void)
7206 {
7207         struct pglist_data *pgdat;
7208
7209         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7210                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
7211
7212                 if (managed_zone(zone))
7213                         return true;
7214         }
7215         return false;
7216 }
7217 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */