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