2ef3c07266b34dfa516d6d564801023d25f71715
[linux-2.6-block.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/pagevec.h>
36 #include <linux/memory_hotplug.h>
37 #include <linux/nodemask.h>
38 #include <linux/vmstat.h>
39 #include <linux/fault-inject.h>
40 #include <linux/compaction.h>
41 #include <trace/events/kmem.h>
42 #include <trace/events/oom.h>
43 #include <linux/prefetch.h>
44 #include <linux/mm_inline.h>
45 #include <linux/mmu_notifier.h>
46 #include <linux/migrate.h>
47 #include <linux/sched/mm.h>
48 #include <linux/page_owner.h>
49 #include <linux/page_table_check.h>
50 #include <linux/memcontrol.h>
51 #include <linux/ftrace.h>
52 #include <linux/lockdep.h>
53 #include <linux/psi.h>
54 #include <linux/khugepaged.h>
55 #include <linux/delayacct.h>
56 #include <linux/cacheinfo.h>
57 #include <linux/pgalloc_tag.h>
58 #include <asm/div64.h>
59 #include "internal.h"
60 #include "shuffle.h"
61 #include "page_reporting.h"
62
63 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
64 typedef int __bitwise fpi_t;
65
66 /* No special request */
67 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
68
69 /*
70  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
71  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
72  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
73  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
74  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
75  * putting it back unmodified.
76  */
77 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
78
79 /*
80  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
81  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
82  * shuffle the whole zone).
83  *
84  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
85  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
86  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
87  *       reporting).
88  */
89 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
90
91 /* Free the page without taking locks. Rely on trylock only. */
92 #define FPI_TRYLOCK             ((__force fpi_t)BIT(2))
93
94 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
95 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
96 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
97
98 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
99 /*
100  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
101  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
102  */
103 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
104 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
105 #else
106
107 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
108 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
109 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
110 #endif
111
112 /*
113  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
114  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
115  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
116  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
117  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
118  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
119  */
120 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
121 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
122 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
123 #else
124 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
125 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
126 #endif
127
128 /*
129  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
130  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
131  */
132 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
133 ({                                                                      \
134         type *_ret;                                                     \
135         pcpu_task_pin();                                                \
136         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
137         spin_lock(&_ret->member);                                       \
138         _ret;                                                           \
139 })
140
141 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
142 ({                                                                      \
143         type *_ret;                                                     \
144         pcpu_task_pin();                                                \
145         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
146         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
147                 pcpu_task_unpin();                                      \
148                 _ret = NULL;                                            \
149         }                                                               \
150         _ret;                                                           \
151 })
152
153 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
154 ({                                                                      \
155         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
156         pcpu_task_unpin();                                              \
157 })
158
159 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
160 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
161         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
162
163 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
164         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
165
166 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
167         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
168
169 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
170 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
171 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
172 #endif
173
174 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
175
176 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
177 /*
178  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
179  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
180  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
181  * defined in <linux/topology.h>.
182  */
183 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
184 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
185 #endif
186
187 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
188
189 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
190 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
191 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
192 #endif
193
194 /*
195  * Array of node states.
196  */
197 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
198         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
199         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
200 #ifndef CONFIG_NUMA
201         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
202 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
203         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
204 #endif
205         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
206         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
207 #endif  /* NUMA */
208 };
209 EXPORT_SYMBOL(node_states);
210
211 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
212
213 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
214 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
215 #endif
216
217 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
218                             fpi_t fpi_flags);
219
220 /*
221  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
222  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
223  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
224  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
225  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
226  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
227  *
228  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
229  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
230  */
231 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
232 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
233         [ZONE_DMA] = 256,
234 #endif
235 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
236         [ZONE_DMA32] = 256,
237 #endif
238         [ZONE_NORMAL] = 32,
239 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
240         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
241 #endif
242         [ZONE_MOVABLE] = 0,
243 };
244
245 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
246 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
247          "DMA",
248 #endif
249 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
250          "DMA32",
251 #endif
252          "Normal",
253 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
254          "HighMem",
255 #endif
256          "Movable",
257 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
258          "Device",
259 #endif
260 };
261
262 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
263         "Unmovable",
264         "Movable",
265         "Reclaimable",
266         "HighAtomic",
267 #ifdef CONFIG_CMA
268         "CMA",
269 #endif
270 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
271         "Isolate",
272 #endif
273 };
274
275 int min_free_kbytes = 1024;
276 int user_min_free_kbytes = -1;
277 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
278 static int watermark_scale_factor = 10;
279 int defrag_mode;
280
281 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
282 int movable_zone;
283 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
284
285 #if MAX_NUMNODES > 1
286 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
287 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
288 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
289 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
290 #endif
291
292 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
293 static bool cond_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order,
294                                int alloc_flags);
295 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
296
297 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
298
299 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
300 /*
301  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
302  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
303  * and we can permanently disable that path.
304  */
305 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
306
307 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
308 {
309         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
310 }
311
312 /*
313  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
314  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
315  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
316  * and to ensure that the function body gets unloaded.
317  */
318 static bool __ref
319 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
320 {
321         return deferred_grow_zone(zone, order);
322 }
323 #else
324 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
325 {
326         return false;
327 }
328
329 static inline bool _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
330 {
331         return false;
332 }
333 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
334
335 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
336 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
337                                                         unsigned long pfn)
338 {
339 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
340         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
341 #else
342         return page_zone(page)->pageblock_flags;
343 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
344 }
345
346 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
347 {
348 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
349         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
350 #else
351         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
352 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
353         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
354 }
355
356 /**
357  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
358  * @page: The page within the block of interest
359  * @pfn: The target page frame number
360  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
361  *
362  * Return: pageblock_bits flags
363  */
364 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
365                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
366 {
367         unsigned long *bitmap;
368         unsigned long bitidx, word_bitidx;
369         unsigned long word;
370
371         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
372         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
373         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
374         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
375         /*
376          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
377          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
378          * racy, are not corrupted.
379          */
380         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
381         return (word >> bitidx) & mask;
382 }
383
384 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
385                                         unsigned long pfn)
386 {
387         return get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
388 }
389
390 /**
391  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
392  * @page: The page within the block of interest
393  * @flags: The flags to set
394  * @pfn: The target page frame number
395  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
396  */
397 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
398                                         unsigned long pfn,
399                                         unsigned long mask)
400 {
401         unsigned long *bitmap;
402         unsigned long bitidx, word_bitidx;
403         unsigned long word;
404
405         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
406         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
407
408         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
409         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
410         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
411         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
412
413         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
414
415         mask <<= bitidx;
416         flags <<= bitidx;
417
418         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
419         do {
420         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
421 }
422
423 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
424 {
425         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
426                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
427                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
428
429         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
430                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
431 }
432
433 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
434 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
435 {
436         int ret;
437         unsigned seq;
438         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
439         unsigned long sp, start_pfn;
440
441         do {
442                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
443                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
444                 sp = zone->spanned_pages;
445                 ret = !zone_spans_pfn(zone, pfn);
446         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
447
448         if (ret)
449                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
450                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
451                         start_pfn, start_pfn + sp);
452
453         return ret;
454 }
455
456 /*
457  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
458  */
459 static bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
460 {
461         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
462                 return true;
463         if (zone != page_zone(page))
464                 return true;
465
466         return false;
467 }
468 #else
469 static inline bool __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
470 {
471         return false;
472 }
473 #endif
474
475 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
476 {
477         static unsigned long resume;
478         static unsigned long nr_shown;
479         static unsigned long nr_unshown;
480
481         /*
482          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
483          * or allow a steady drip of one report per second.
484          */
485         if (nr_shown == 60) {
486                 if (time_before(jiffies, resume)) {
487                         nr_unshown++;
488                         goto out;
489                 }
490                 if (nr_unshown) {
491                         pr_alert(
492                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
493                                 nr_unshown);
494                         nr_unshown = 0;
495                 }
496                 nr_shown = 0;
497         }
498         if (nr_shown++ == 0)
499                 resume = jiffies + 60 * HZ;
500
501         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
502                 current->comm, page_to_pfn(page));
503         dump_page(page, reason);
504
505         print_modules();
506         dump_stack();
507 out:
508         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
509         if (PageBuddy(page))
510                 __ClearPageBuddy(page);
511         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
512 }
513
514 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
515 {
516
517 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
518         bool movable;
519         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
520                 VM_BUG_ON(order != HPAGE_PMD_ORDER);
521
522                 movable = migratetype == MIGRATE_MOVABLE;
523
524                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS + movable;
525         }
526 #else
527         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
528 #endif
529
530         return (MIGRATE_PCPTYPES * order) + migratetype;
531 }
532
533 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
534 {
535         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
536
537 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
538         if (pindex >= NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
539                 order = HPAGE_PMD_ORDER;
540 #else
541         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
542 #endif
543
544         return order;
545 }
546
547 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
548 {
549         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
550                 return true;
551 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
552         if (order == HPAGE_PMD_ORDER)
553                 return true;
554 #endif
555         return false;
556 }
557
558 /*
559  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
560  *
561  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
562  *
563  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
564  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
565  *
566  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
567  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
568  */
569
570 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
571 {
572         int i;
573         int nr_pages = 1 << order;
574
575         __SetPageHead(page);
576         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
577                 prep_compound_tail(page, i);
578
579         prep_compound_head(page, order);
580 }
581
582 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
583 {
584         set_page_private(page, order);
585         __SetPageBuddy(page);
586 }
587
588 #ifdef CONFIG_COMPACTION
589 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
590 {
591         struct capture_control *capc = current->capture_control;
592
593         return unlikely(capc) &&
594                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
595                 !capc->page &&
596                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
597 }
598
599 static inline bool
600 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
601                    int order, int migratetype)
602 {
603         if (!capc || order != capc->cc->order)
604                 return false;
605
606         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
607         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
608             is_migrate_isolate(migratetype))
609                 return false;
610
611         /*
612          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock
613          * unless compaction is also requesting movable pages.
614          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
615          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
616          * have trouble finding a high-order free page.
617          */
618         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE &&
619             capc->cc->migratetype != MIGRATE_MOVABLE)
620                 return false;
621
622         if (migratetype != capc->cc->migratetype)
623                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, capc->cc->order, order,
624                                             capc->cc->migratetype, migratetype);
625
626         capc->page = page;
627         return true;
628 }
629
630 #else
631 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
632 {
633         return NULL;
634 }
635
636 static inline bool
637 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
638                    int order, int migratetype)
639 {
640         return false;
641 }
642 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
643
644 static inline void account_freepages(struct zone *zone, int nr_pages,
645                                      int migratetype)
646 {
647         lockdep_assert_held(&zone->lock);
648
649         if (is_migrate_isolate(migratetype))
650                 return;
651
652         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, nr_pages);
653
654         if (is_migrate_cma(migratetype))
655                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES, nr_pages);
656         else if (is_migrate_highatomic(migratetype))
657                 WRITE_ONCE(zone->nr_free_highatomic,
658                            zone->nr_free_highatomic + nr_pages);
659 }
660
661 /* Used for pages not on another list */
662 static inline void __add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
663                                       unsigned int order, int migratetype,
664                                       bool tail)
665 {
666         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
667         int nr_pages = 1 << order;
668
669         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
670                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
671                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, nr_pages);
672
673         if (tail)
674                 list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
675         else
676                 list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
677         area->nr_free++;
678
679         if (order >= pageblock_order && !is_migrate_isolate(migratetype))
680                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES_BLOCKS, nr_pages);
681 }
682
683 /*
684  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
685  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
686  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
687  */
688 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
689                                      unsigned int order, int old_mt, int new_mt)
690 {
691         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
692         int nr_pages = 1 << order;
693
694         /* Free page moving can fail, so it happens before the type update */
695         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != old_mt,
696                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
697                      get_pageblock_migratetype(page), old_mt, nr_pages);
698
699         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[new_mt]);
700
701         account_freepages(zone, -nr_pages, old_mt);
702         account_freepages(zone, nr_pages, new_mt);
703
704         if (order >= pageblock_order &&
705             is_migrate_isolate(old_mt) != is_migrate_isolate(new_mt)) {
706                 if (!is_migrate_isolate(old_mt))
707                         nr_pages = -nr_pages;
708                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES_BLOCKS, nr_pages);
709         }
710 }
711
712 static inline void __del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
713                                              unsigned int order, int migratetype)
714 {
715         int nr_pages = 1 << order;
716
717         VM_WARN_ONCE(get_pageblock_migratetype(page) != migratetype,
718                      "page type is %lu, passed migratetype is %d (nr=%d)\n",
719                      get_pageblock_migratetype(page), migratetype, nr_pages);
720
721         /* clear reported state and update reported page count */
722         if (page_reported(page))
723                 __ClearPageReported(page);
724
725         list_del(&page->buddy_list);
726         __ClearPageBuddy(page);
727         set_page_private(page, 0);
728         zone->free_area[order].nr_free--;
729
730         if (order >= pageblock_order && !is_migrate_isolate(migratetype))
731                 __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES_BLOCKS, -nr_pages);
732 }
733
734 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
735                                            unsigned int order, int migratetype)
736 {
737         __del_page_from_free_list(page, zone, order, migratetype);
738         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
739 }
740
741 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
742                                             int migratetype)
743 {
744         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
745                                         struct page, buddy_list);
746 }
747
748 /*
749  * If this is less than the 2nd largest possible page, check if the buddy
750  * of the next-higher order is free. If it is, it's possible
751  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
752  * that is happening, add the free page to the tail of the list
753  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
754  * as a 2-level higher order page
755  */
756 static inline bool
757 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
758                    struct page *page, unsigned int order)
759 {
760         unsigned long higher_page_pfn;
761         struct page *higher_page;
762
763         if (order >= MAX_PAGE_ORDER - 1)
764                 return false;
765
766         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
767         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
768
769         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
770                         NULL) != NULL;
771 }
772
773 /*
774  * Freeing function for a buddy system allocator.
775  *
776  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
777  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
778  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
779  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
780  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
781  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
782  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
783  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
784  * parts of the VM system.
785  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
786  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
787  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
788  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
789  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
790  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
791  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
792  * triggers coalescing into a block of larger size.
793  *
794  * -- nyc
795  */
796
797 static inline void __free_one_page(struct page *page,
798                 unsigned long pfn,
799                 struct zone *zone, unsigned int order,
800                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
801 {
802         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
803         unsigned long buddy_pfn = 0;
804         unsigned long combined_pfn;
805         struct page *buddy;
806         bool to_tail;
807
808         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
809         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
810
811         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
812         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
813         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
814
815         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
816
817         while (order < MAX_PAGE_ORDER) {
818                 int buddy_mt = migratetype;
819
820                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
821                         account_freepages(zone, -(1 << order), migratetype);
822                         return;
823                 }
824
825                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
826                 if (!buddy)
827                         goto done_merging;
828
829                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
830                         /*
831                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
832                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
833                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
834                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
835                          */
836                         buddy_mt = get_pfnblock_migratetype(buddy, buddy_pfn);
837
838                         if (migratetype != buddy_mt &&
839                             (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
840                              !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
841                                 goto done_merging;
842                 }
843
844                 /*
845                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
846                  * merge with it and move up one order.
847                  */
848                 if (page_is_guard(buddy))
849                         clear_page_guard(zone, buddy, order);
850                 else
851                         __del_page_from_free_list(buddy, zone, order, buddy_mt);
852
853                 if (unlikely(buddy_mt != migratetype)) {
854                         /*
855                          * Match buddy type. This ensures that an
856                          * expand() down the line puts the sub-blocks
857                          * on the right freelists.
858                          */
859                         set_pageblock_migratetype(buddy, migratetype);
860                 }
861
862                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
863                 page = page + (combined_pfn - pfn);
864                 pfn = combined_pfn;
865                 order++;
866         }
867
868 done_merging:
869         set_buddy_order(page, order);
870
871         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
872                 to_tail = true;
873         else if (is_shuffle_order(order))
874                 to_tail = shuffle_pick_tail();
875         else
876                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
877
878         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, to_tail);
879
880         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
881         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
882                 page_reporting_notify_free(order);
883 }
884
885 /*
886  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
887  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
888  * check if necessary.
889  */
890 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
891                                         unsigned long check_flags)
892 {
893         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
894                 return false;
895
896         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
897                         page_ref_count(page) |
898 #ifdef CONFIG_MEMCG
899                         page->memcg_data |
900 #endif
901                         page_pool_page_is_pp(page) |
902                         (page->flags & check_flags)))
903                 return false;
904
905         return true;
906 }
907
908 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
909 {
910         const char *bad_reason = NULL;
911
912         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
913                 bad_reason = "nonzero mapcount";
914         if (unlikely(page->mapping != NULL))
915                 bad_reason = "non-NULL mapping";
916         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
917                 bad_reason = "nonzero _refcount";
918         if (unlikely(page->flags & flags)) {
919                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
920                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
921                 else
922                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
923         }
924 #ifdef CONFIG_MEMCG
925         if (unlikely(page->memcg_data))
926                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
927 #endif
928         if (unlikely(page_pool_page_is_pp(page)))
929                 bad_reason = "page_pool leak";
930         return bad_reason;
931 }
932
933 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
934 {
935         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
936                 return false;
937
938         /* Something has gone sideways, find it */
939         bad_page(page, page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
940         return true;
941 }
942
943 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
944 {
945         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
946 }
947
948 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
949 {
950         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
951         int ret = 1;
952
953         /*
954          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
955          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
956          */
957         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
958
959         if (!is_check_pages_enabled()) {
960                 ret = 0;
961                 goto out;
962         }
963         switch (page - head_page) {
964         case 1:
965                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
966                 if (unlikely(folio_large_mapcount(folio))) {
967                         bad_page(page, "nonzero large_mapcount");
968                         goto out;
969                 }
970                 if (IS_ENABLED(CONFIG_PAGE_MAPCOUNT) &&
971                     unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
972                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
973                         goto out;
974                 }
975                 if (IS_ENABLED(CONFIG_MM_ID)) {
976                         if (unlikely(folio->_mm_id_mapcount[0] != -1)) {
977                                 bad_page(page, "nonzero mm mapcount 0");
978                                 goto out;
979                         }
980                         if (unlikely(folio->_mm_id_mapcount[1] != -1)) {
981                                 bad_page(page, "nonzero mm mapcount 1");
982                                 goto out;
983                         }
984                 }
985                 if (IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
986                         if (unlikely(atomic_read(&folio->_entire_mapcount) + 1)) {
987                                 bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
988                                 goto out;
989                         }
990                         if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
991                                 bad_page(page, "nonzero pincount");
992                                 goto out;
993                         }
994                 }
995                 break;
996         case 2:
997                 /* the second tail page: deferred_list overlaps ->mapping */
998                 if (unlikely(!list_empty(&folio->_deferred_list))) {
999                         bad_page(page, "on deferred list");
1000                         goto out;
1001                 }
1002                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_64BIT)) {
1003                         if (unlikely(atomic_read(&folio->_entire_mapcount) + 1)) {
1004                                 bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1005                                 goto out;
1006                         }
1007                         if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1008                                 bad_page(page, "nonzero pincount");
1009                                 goto out;
1010                         }
1011                 }
1012                 break;
1013         case 3:
1014                 /* the third tail page: hugetlb specifics overlap ->mappings */
1015                 if (IS_ENABLED(CONFIG_HUGETLB_PAGE))
1016                         break;
1017                 fallthrough;
1018         default:
1019                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1020                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1021                         goto out;
1022                 }
1023                 break;
1024         }
1025         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1026                 bad_page(page, "PageTail not set");
1027                 goto out;
1028         }
1029         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1030                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1031                 goto out;
1032         }
1033         ret = 0;
1034 out:
1035         page->mapping = NULL;
1036         clear_compound_head(page);
1037         return ret;
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1042  *
1043  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1044  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1045  *    using page tags instead (see below).
1046  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1047  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1048  *
1049  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1050  *
1051  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1052  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1053  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1054  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1055  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1056  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1057  *
1058  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1059  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1060  * initialization is done with interrupt disabled.
1061  *
1062  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1063  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1064  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1065  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1066  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1067  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1068  */
1069 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page)
1070 {
1071         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1072                 return deferred_pages_enabled();
1073
1074         return page_kasan_tag(page) == KASAN_TAG_KERNEL;
1075 }
1076
1077 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1078 {
1079         int i;
1080
1081         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1082         kasan_disable_current();
1083         for (i = 0; i < numpages; i++)
1084                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1085         kasan_enable_current();
1086 }
1087
1088 #ifdef CONFIG_MEM_ALLOC_PROFILING
1089
1090 /* Should be called only if mem_alloc_profiling_enabled() */
1091 void __clear_page_tag_ref(struct page *page)
1092 {
1093         union pgtag_ref_handle handle;
1094         union codetag_ref ref;
1095
1096         if (get_page_tag_ref(page, &ref, &handle)) {
1097                 set_codetag_empty(&ref);
1098                 update_page_tag_ref(handle, &ref);
1099                 put_page_tag_ref(handle);
1100         }
1101 }
1102
1103 /* Should be called only if mem_alloc_profiling_enabled() */
1104 static noinline
1105 void __pgalloc_tag_add(struct page *page, struct task_struct *task,
1106                        unsigned int nr)
1107 {
1108         union pgtag_ref_handle handle;
1109         union codetag_ref ref;
1110
1111         if (get_page_tag_ref(page, &ref, &handle)) {
1112                 alloc_tag_add(&ref, task->alloc_tag, PAGE_SIZE * nr);
1113                 update_page_tag_ref(handle, &ref);
1114                 put_page_tag_ref(handle);
1115         }
1116 }
1117
1118 static inline void pgalloc_tag_add(struct page *page, struct task_struct *task,
1119                                    unsigned int nr)
1120 {
1121         if (mem_alloc_profiling_enabled())
1122                 __pgalloc_tag_add(page, task, nr);
1123 }
1124
1125 /* Should be called only if mem_alloc_profiling_enabled() */
1126 static noinline
1127 void __pgalloc_tag_sub(struct page *page, unsigned int nr)
1128 {
1129         union pgtag_ref_handle handle;
1130         union codetag_ref ref;
1131
1132         if (get_page_tag_ref(page, &ref, &handle)) {
1133                 alloc_tag_sub(&ref, PAGE_SIZE * nr);
1134                 update_page_tag_ref(handle, &ref);
1135                 put_page_tag_ref(handle);
1136         }
1137 }
1138
1139 static inline void pgalloc_tag_sub(struct page *page, unsigned int nr)
1140 {
1141         if (mem_alloc_profiling_enabled())
1142                 __pgalloc_tag_sub(page, nr);
1143 }
1144
1145 /* When tag is not NULL, assuming mem_alloc_profiling_enabled */
1146 static inline void pgalloc_tag_sub_pages(struct alloc_tag *tag, unsigned int nr)
1147 {
1148         if (tag)
1149                 this_cpu_sub(tag->counters->bytes, PAGE_SIZE * nr);
1150 }
1151
1152 #else /* CONFIG_MEM_ALLOC_PROFILING */
1153
1154 static inline void pgalloc_tag_add(struct page *page, struct task_struct *task,
1155                                    unsigned int nr) {}
1156 static inline void pgalloc_tag_sub(struct page *page, unsigned int nr) {}
1157 static inline void pgalloc_tag_sub_pages(struct alloc_tag *tag, unsigned int nr) {}
1158
1159 #endif /* CONFIG_MEM_ALLOC_PROFILING */
1160
1161 __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1162                         unsigned int order)
1163 {
1164         int bad = 0;
1165         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page);
1166         bool init = want_init_on_free();
1167         bool compound = PageCompound(page);
1168         struct folio *folio = page_folio(page);
1169
1170         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1171
1172         trace_mm_page_free(page, order);
1173         kmsan_free_page(page, order);
1174
1175         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1176                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1177
1178         /*
1179          * In rare cases, when truncation or holepunching raced with
1180          * munlock after VM_LOCKED was cleared, Mlocked may still be
1181          * found set here.  This does not indicate a problem, unless
1182          * "unevictable_pgs_cleared" appears worryingly large.
1183          */
1184         if (unlikely(folio_test_mlocked(folio))) {
1185                 long nr_pages = folio_nr_pages(folio);
1186
1187                 __folio_clear_mlocked(folio);
1188                 zone_stat_mod_folio(folio, NR_MLOCK, -nr_pages);
1189                 count_vm_events(UNEVICTABLE_PGCLEARED, nr_pages);
1190         }
1191
1192         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1193                 /* Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy */
1194                 reset_page_owner(page, order);
1195                 page_table_check_free(page, order);
1196                 pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1197
1198                 /*
1199                  * The page is isolated and accounted for.
1200                  * Mark the codetag as empty to avoid accounting error
1201                  * when the page is freed by unpoison_memory().
1202                  */
1203                 clear_page_tag_ref(page);
1204                 return false;
1205         }
1206
1207         VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1208
1209         /*
1210          * Check tail pages before head page information is cleared to
1211          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1212          */
1213         if (unlikely(order)) {
1214                 int i;
1215
1216                 if (compound) {
1217                         page[1].flags &= ~PAGE_FLAGS_SECOND;
1218 #ifdef NR_PAGES_IN_LARGE_FOLIO
1219                         folio->_nr_pages = 0;
1220 #endif
1221                 }
1222                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1223                         if (compound)
1224                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1225                         if (is_check_pages_enabled()) {
1226                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1227                                         bad++;
1228                                         continue;
1229                                 }
1230                         }
1231                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1232                 }
1233         }
1234         if (PageMappingFlags(page)) {
1235                 if (PageAnon(page))
1236                         mod_mthp_stat(order, MTHP_STAT_NR_ANON, -1);
1237                 page->mapping = NULL;
1238         }
1239         if (is_check_pages_enabled()) {
1240                 if (free_page_is_bad(page))
1241                         bad++;
1242                 if (bad)
1243                         return false;
1244         }
1245
1246         page_cpupid_reset_last(page);
1247         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1248         reset_page_owner(page, order);
1249         page_table_check_free(page, order);
1250         pgalloc_tag_sub(page, 1 << order);
1251
1252         if (!PageHighMem(page)) {
1253                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1254                                            PAGE_SIZE << order);
1255                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1256                                            PAGE_SIZE << order);
1257         }
1258
1259         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1260
1261         /*
1262          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1263          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1264          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1265          *
1266          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1267          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1268          */
1269         if (!skip_kasan_poison) {
1270                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1271
1272                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1273                 if (kasan_has_integrated_init())
1274                         init = false;
1275         }
1276         if (init)
1277                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1278
1279         /*
1280          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1281          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1282          * happen after this.
1283          */
1284         arch_free_page(page, order);
1285
1286         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1287
1288         return true;
1289 }
1290
1291 /*
1292  * Frees a number of pages from the PCP lists
1293  * Assumes all pages on list are in same zone.
1294  * count is the number of pages to free.
1295  */
1296 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1297                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1298                                         int pindex)
1299 {
1300         unsigned long flags;
1301         unsigned int order;
1302         struct page *page;
1303
1304         /*
1305          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1306          * below while (list_empty(list)) loop.
1307          */
1308         count = min(pcp->count, count);
1309
1310         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1311         pindex = pindex - 1;
1312
1313         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1314
1315         while (count > 0) {
1316                 struct list_head *list;
1317                 int nr_pages;
1318
1319                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1320                 do {
1321                         if (++pindex > NR_PCP_LISTS - 1)
1322                                 pindex = 0;
1323                         list = &pcp->lists[pindex];
1324                 } while (list_empty(list));
1325
1326                 order = pindex_to_order(pindex);
1327                 nr_pages = 1 << order;
1328                 do {
1329                         unsigned long pfn;
1330                         int mt;
1331
1332                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1333                         pfn = page_to_pfn(page);
1334                         mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1335
1336                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1337                         list_del(&page->pcp_list);
1338                         count -= nr_pages;
1339                         pcp->count -= nr_pages;
1340
1341                         __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, FPI_NONE);
1342                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1343                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1344         }
1345
1346         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1347 }
1348
1349 /* Split a multi-block free page into its individual pageblocks. */
1350 static void split_large_buddy(struct zone *zone, struct page *page,
1351                               unsigned long pfn, int order, fpi_t fpi)
1352 {
1353         unsigned long end = pfn + (1 << order);
1354
1355         VM_WARN_ON_ONCE(!IS_ALIGNED(pfn, 1 << order));
1356         /* Caller removed page from freelist, buddy info cleared! */
1357         VM_WARN_ON_ONCE(PageBuddy(page));
1358
1359         if (order > pageblock_order)
1360                 order = pageblock_order;
1361
1362         do {
1363                 int mt = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1364
1365                 __free_one_page(page, pfn, zone, order, mt, fpi);
1366                 pfn += 1 << order;
1367                 if (pfn == end)
1368                         break;
1369                 page = pfn_to_page(pfn);
1370         } while (1);
1371 }
1372
1373 static void add_page_to_zone_llist(struct zone *zone, struct page *page,
1374                                    unsigned int order)
1375 {
1376         /* Remember the order */
1377         page->order = order;
1378         /* Add the page to the free list */
1379         llist_add(&page->pcp_llist, &zone->trylock_free_pages);
1380 }
1381
1382 static void free_one_page(struct zone *zone, struct page *page,
1383                           unsigned long pfn, unsigned int order,
1384                           fpi_t fpi_flags)
1385 {
1386         struct llist_head *llhead;
1387         unsigned long flags;
1388
1389         if (unlikely(fpi_flags & FPI_TRYLOCK)) {
1390                 if (!spin_trylock_irqsave(&zone->lock, flags)) {
1391                         add_page_to_zone_llist(zone, page, order);
1392                         return;
1393                 }
1394         } else {
1395                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1396         }
1397
1398         /* The lock succeeded. Process deferred pages. */
1399         llhead = &zone->trylock_free_pages;
1400         if (unlikely(!llist_empty(llhead) && !(fpi_flags & FPI_TRYLOCK))) {
1401                 struct llist_node *llnode;
1402                 struct page *p, *tmp;
1403
1404                 llnode = llist_del_all(llhead);
1405                 llist_for_each_entry_safe(p, tmp, llnode, pcp_llist) {
1406                         unsigned int p_order = p->order;
1407
1408                         split_large_buddy(zone, p, page_to_pfn(p), p_order, fpi_flags);
1409                         __count_vm_events(PGFREE, 1 << p_order);
1410                 }
1411         }
1412         split_large_buddy(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1413         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1414
1415         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1416 }
1417
1418 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1419                             fpi_t fpi_flags)
1420 {
1421         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1422         struct zone *zone = page_zone(page);
1423
1424         if (free_pages_prepare(page, order))
1425                 free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
1426 }
1427
1428 void __meminit __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order,
1429                 enum meminit_context context)
1430 {
1431         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1432         struct page *p = page;
1433         unsigned int loop;
1434
1435         /*
1436          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1437          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1438          * refcount of all involved pages to 0.
1439          *
1440          * Note that hotplugged memory pages are initialized to PageOffline().
1441          * Pages freed from memblock might be marked as reserved.
1442          */
1443         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) &&
1444             unlikely(context == MEMINIT_HOTPLUG)) {
1445                 for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++, p++) {
1446                         VM_WARN_ON_ONCE(PageReserved(p));
1447                         __ClearPageOffline(p);
1448                         set_page_count(p, 0);
1449                 }
1450
1451                 adjust_managed_page_count(page, nr_pages);
1452         } else {
1453                 for (loop = 0; loop < nr_pages; loop++, p++) {
1454                         __ClearPageReserved(p);
1455                         set_page_count(p, 0);
1456                 }
1457
1458                 /* memblock adjusts totalram_pages() manually. */
1459                 atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1460         }
1461
1462         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1463                 if (order == MAX_PAGE_ORDER && __free_unaccepted(page))
1464                         return;
1465
1466                 accept_memory(page_to_phys(page), PAGE_SIZE << order);
1467         }
1468
1469         /*
1470          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1471          * relevant for memory onlining.
1472          */
1473         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1478  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1479  * with the migration of free compaction scanner.
1480  *
1481  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1482  *
1483  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1484  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1485  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1486  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1487  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1488  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1489  * page in a pageblock.
1490  *
1491  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1492  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1493  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_PAGE_ORDER, which
1494  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1495  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1496  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1497  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1498  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1499  */
1500 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1501                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1502 {
1503         struct page *start_page;
1504         struct page *end_page;
1505
1506         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1507         end_pfn--;
1508
1509         if (!pfn_valid(end_pfn))
1510                 return NULL;
1511
1512         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1513         if (!start_page)
1514                 return NULL;
1515
1516         if (page_zone(start_page) != zone)
1517                 return NULL;
1518
1519         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1520
1521         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1522         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1523                 return NULL;
1524
1525         return start_page;
1526 }
1527
1528 /*
1529  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1530  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1531  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1532  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1533  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1534  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1535  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1536  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1537  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1538  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1539  *
1540  * -- nyc
1541  */
1542 static inline unsigned int expand(struct zone *zone, struct page *page, int low,
1543                                   int high, int migratetype)
1544 {
1545         unsigned int size = 1 << high;
1546         unsigned int nr_added = 0;
1547
1548         while (high > low) {
1549                 high--;
1550                 size >>= 1;
1551                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1552
1553                 /*
1554                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1555                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1556                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1557                  * pages will stay not present in virtual address space
1558                  */
1559                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high))
1560                         continue;
1561
1562                 __add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype, false);
1563                 set_buddy_order(&page[size], high);
1564                 nr_added += size;
1565         }
1566
1567         return nr_added;
1568 }
1569
1570 static __always_inline void page_del_and_expand(struct zone *zone,
1571                                                 struct page *page, int low,
1572                                                 int high, int migratetype)
1573 {
1574         int nr_pages = 1 << high;
1575
1576         __del_page_from_free_list(page, zone, high, migratetype);
1577         nr_pages -= expand(zone, page, low, high, migratetype);
1578         account_freepages(zone, -nr_pages, migratetype);
1579 }
1580
1581 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1582 {
1583         if (unlikely(PageHWPoison(page))) {
1584                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1585                 if (PageBuddy(page))
1586                         __ClearPageBuddy(page);
1587                 return;
1588         }
1589
1590         bad_page(page,
1591                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1592 }
1593
1594 /*
1595  * This page is about to be returned from the page allocator
1596  */
1597 static bool check_new_page(struct page *page)
1598 {
1599         if (likely(page_expected_state(page,
1600                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1601                 return false;
1602
1603         check_new_page_bad(page);
1604         return true;
1605 }
1606
1607 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1608 {
1609         if (is_check_pages_enabled()) {
1610                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1611                         struct page *p = page + i;
1612
1613                         if (check_new_page(p))
1614                                 return true;
1615                 }
1616         }
1617
1618         return false;
1619 }
1620
1621 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1622 {
1623         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1624         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1625             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1626                 return false;
1627
1628         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1629         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1630                 return true;
1631
1632         /*
1633          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1634          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1635          */
1636         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1637 }
1638
1639 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1640 {
1641         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1642         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1643                 return false;
1644
1645         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1646         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1647 }
1648
1649 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1650                                 gfp_t gfp_flags)
1651 {
1652         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1653                         !should_skip_init(gfp_flags);
1654         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1655         int i;
1656
1657         set_page_private(page, 0);
1658
1659         arch_alloc_page(page, order);
1660         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1661
1662         /*
1663          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1664          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1665          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1666          */
1667         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1668
1669         /*
1670          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1671          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1672          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1673          */
1674
1675         /*
1676          * If memory tags should be zeroed
1677          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1678          */
1679         if (zero_tags) {
1680                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1681                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1682                         tag_clear_highpage(page + i);
1683
1684                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1685                 init = false;
1686         }
1687         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1688             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1689                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1690                 if (kasan_has_integrated_init())
1691                         init = false;
1692         } else {
1693                 /*
1694                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1695                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1696                  */
1697                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1698                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1699         }
1700         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1701         if (init)
1702                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1703
1704         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1705         page_table_check_alloc(page, order);
1706         pgalloc_tag_add(page, current, 1 << order);
1707 }
1708
1709 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1710                                                         unsigned int alloc_flags)
1711 {
1712         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1713
1714         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1715                 prep_compound_page(page, order);
1716
1717         /*
1718          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1719          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1720          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1721          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1722          */
1723         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1724                 set_page_pfmemalloc(page);
1725         else
1726                 clear_page_pfmemalloc(page);
1727 }
1728
1729 /*
1730  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1731  * the smallest available page from the freelists
1732  */
1733 static __always_inline
1734 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1735                                                 int migratetype)
1736 {
1737         unsigned int current_order;
1738         struct free_area *area;
1739         struct page *page;
1740
1741         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1742         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; ++current_order) {
1743                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1744                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1745                 if (!page)
1746                         continue;
1747
1748                 page_del_and_expand(zone, page, order, current_order,
1749                                     migratetype);
1750                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1751                                 pcp_allowed_order(order) &&
1752                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1753                 return page;
1754         }
1755
1756         return NULL;
1757 }
1758
1759
1760 /*
1761  * This array describes the order lists are fallen back to when
1762  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1763  *
1764  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1765  */
1766 static int fallbacks[MIGRATE_PCPTYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1767         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1768         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1769         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1770 };
1771
1772 #ifdef CONFIG_CMA
1773 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1774                                         unsigned int order)
1775 {
1776         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1777 }
1778 #else
1779 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1780                                         unsigned int order) { return NULL; }
1781 #endif
1782
1783 /*
1784  * Change the type of a block and move all its free pages to that
1785  * type's freelist.
1786  */
1787 static int __move_freepages_block(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1788                                   int old_mt, int new_mt)
1789 {
1790         struct page *page;
1791         unsigned long pfn, end_pfn;
1792         unsigned int order;
1793         int pages_moved = 0;
1794
1795         VM_WARN_ON(start_pfn & (pageblock_nr_pages - 1));
1796         end_pfn = pageblock_end_pfn(start_pfn);
1797
1798         for (pfn = start_pfn; pfn < end_pfn;) {
1799                 page = pfn_to_page(pfn);
1800                 if (!PageBuddy(page)) {
1801                         pfn++;
1802                         continue;
1803                 }
1804
1805                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1806                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1807                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1808
1809                 order = buddy_order(page);
1810
1811                 move_to_free_list(page, zone, order, old_mt, new_mt);
1812
1813                 pfn += 1 << order;
1814                 pages_moved += 1 << order;
1815         }
1816
1817         set_pageblock_migratetype(pfn_to_page(start_pfn), new_mt);
1818
1819         return pages_moved;
1820 }
1821
1822 static bool prep_move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1823                                       unsigned long *start_pfn,
1824                                       int *num_free, int *num_movable)
1825 {
1826         unsigned long pfn, start, end;
1827
1828         pfn = page_to_pfn(page);
1829         start = pageblock_start_pfn(pfn);
1830         end = pageblock_end_pfn(pfn);
1831
1832         /*
1833          * The caller only has the lock for @zone, don't touch ranges
1834          * that straddle into other zones. While we could move part of
1835          * the range that's inside the zone, this call is usually
1836          * accompanied by other operations such as migratetype updates
1837          * which also should be locked.
1838          */
1839         if (!zone_spans_pfn(zone, start))
1840                 return false;
1841         if (!zone_spans_pfn(zone, end - 1))
1842                 return false;
1843
1844         *start_pfn = start;
1845
1846         if (num_free) {
1847                 *num_free = 0;
1848                 *num_movable = 0;
1849                 for (pfn = start; pfn < end;) {
1850                         page = pfn_to_page(pfn);
1851                         if (PageBuddy(page)) {
1852                                 int nr = 1 << buddy_order(page);
1853
1854                                 *num_free += nr;
1855                                 pfn += nr;
1856                                 continue;
1857                         }
1858                         /*
1859                          * We assume that pages that could be isolated for
1860                          * migration are movable. But we don't actually try
1861                          * isolating, as that would be expensive.
1862                          */
1863                         if (PageLRU(page) || __PageMovable(page))
1864                                 (*num_movable)++;
1865                         pfn++;
1866                 }
1867         }
1868
1869         return true;
1870 }
1871
1872 static int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1873                                 int old_mt, int new_mt)
1874 {
1875         unsigned long start_pfn;
1876
1877         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1878                 return -1;
1879
1880         return __move_freepages_block(zone, start_pfn, old_mt, new_mt);
1881 }
1882
1883 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
1884 /* Look for a buddy that straddles start_pfn */
1885 static unsigned long find_large_buddy(unsigned long start_pfn)
1886 {
1887         int order = 0;
1888         struct page *page;
1889         unsigned long pfn = start_pfn;
1890
1891         while (!PageBuddy(page = pfn_to_page(pfn))) {
1892                 /* Nothing found */
1893                 if (++order > MAX_PAGE_ORDER)
1894                         return start_pfn;
1895                 pfn &= ~0UL << order;
1896         }
1897
1898         /*
1899          * Found a preceding buddy, but does it straddle?
1900          */
1901         if (pfn + (1 << buddy_order(page)) > start_pfn)
1902                 return pfn;
1903
1904         /* Nothing found */
1905         return start_pfn;
1906 }
1907
1908 /**
1909  * move_freepages_block_isolate - move free pages in block for page isolation
1910  * @zone: the zone
1911  * @page: the pageblock page
1912  * @migratetype: migratetype to set on the pageblock
1913  *
1914  * This is similar to move_freepages_block(), but handles the special
1915  * case encountered in page isolation, where the block of interest
1916  * might be part of a larger buddy spanning multiple pageblocks.
1917  *
1918  * Unlike the regular page allocator path, which moves pages while
1919  * stealing buddies off the freelist, page isolation is interested in
1920  * arbitrary pfn ranges that may have overlapping buddies on both ends.
1921  *
1922  * This function handles that. Straddling buddies are split into
1923  * individual pageblocks. Only the block of interest is moved.
1924  *
1925  * Returns %true if pages could be moved, %false otherwise.
1926  */
1927 bool move_freepages_block_isolate(struct zone *zone, struct page *page,
1928                                   int migratetype)
1929 {
1930         unsigned long start_pfn, pfn;
1931
1932         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, NULL, NULL))
1933                 return false;
1934
1935         /* No splits needed if buddies can't span multiple blocks */
1936         if (pageblock_order == MAX_PAGE_ORDER)
1937                 goto move;
1938
1939         /* We're a tail block in a larger buddy */
1940         pfn = find_large_buddy(start_pfn);
1941         if (pfn != start_pfn) {
1942                 struct page *buddy = pfn_to_page(pfn);
1943                 int order = buddy_order(buddy);
1944
1945                 del_page_from_free_list(buddy, zone, order,
1946                                         get_pfnblock_migratetype(buddy, pfn));
1947                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1948                 split_large_buddy(zone, buddy, pfn, order, FPI_NONE);
1949                 return true;
1950         }
1951
1952         /* We're the starting block of a larger buddy */
1953         if (PageBuddy(page) && buddy_order(page) > pageblock_order) {
1954                 int order = buddy_order(page);
1955
1956                 del_page_from_free_list(page, zone, order,
1957                                         get_pfnblock_migratetype(page, pfn));
1958                 set_pageblock_migratetype(page, migratetype);
1959                 split_large_buddy(zone, page, pfn, order, FPI_NONE);
1960                 return true;
1961         }
1962 move:
1963         __move_freepages_block(zone, start_pfn,
1964                                get_pfnblock_migratetype(page, start_pfn),
1965                                migratetype);
1966         return true;
1967 }
1968 #endif /* CONFIG_MEMORY_ISOLATION */
1969
1970 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1971                                         int start_order, int migratetype)
1972 {
1973         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1974
1975         while (nr_pageblocks--) {
1976                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1977                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1978         }
1979 }
1980
1981 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1982 {
1983         unsigned long max_boost;
1984
1985         if (!watermark_boost_factor)
1986                 return false;
1987         /*
1988          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1989          * On small machines, including kdump capture kernels running
1990          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1991          * memory situation immediately.
1992          */
1993         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1994                 return false;
1995
1996         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1997                         watermark_boost_factor, 10000);
1998
1999         /*
2000          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2001          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2002          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2003          * allocations that early means that reclaim is not going
2004          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2005          * boosted watermark resulting in a hang.
2006          */
2007         if (!max_boost)
2008                 return false;
2009
2010         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2011
2012         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2013                 max_boost);
2014
2015         return true;
2016 }
2017
2018 /*
2019  * When we are falling back to another migratetype during allocation, should we
2020  * try to claim an entire block to satisfy further allocations, instead of
2021  * polluting multiple pageblocks?
2022  */
2023 static bool should_try_claim_block(unsigned int order, int start_mt)
2024 {
2025         /*
2026          * Leaving this order check is intended, although there is
2027          * relaxed order check in next check. The reason is that
2028          * we can actually claim the whole pageblock if this condition met,
2029          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
2030          * so could be changed anytime.
2031          */
2032         if (order >= pageblock_order)
2033                 return true;
2034
2035         /*
2036          * Above a certain threshold, always try to claim, as it's likely there
2037          * will be more free pages in the pageblock.
2038          */
2039         if (order >= pageblock_order / 2)
2040                 return true;
2041
2042         /*
2043          * Unmovable/reclaimable allocations would cause permanent
2044          * fragmentations if they fell back to allocating from a movable block
2045          * (polluting it), so we try to claim the whole block regardless of the
2046          * allocation size. Later movable allocations can always steal from this
2047          * block, which is less problematic.
2048          */
2049         if (start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE || start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE)
2050                 return true;
2051
2052         if (page_group_by_mobility_disabled)
2053                 return true;
2054
2055         /*
2056          * Movable pages won't cause permanent fragmentation, so when you alloc
2057          * small pages, we just need to temporarily steal unmovable or
2058          * reclaimable pages that are closest to the request size. After a
2059          * while, memory compaction may occur to form large contiguous pages,
2060          * and the next movable allocation may not need to steal.
2061          */
2062         return false;
2063 }
2064
2065 /*
2066  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2067  * If claimable is true, this function returns fallback_mt only if
2068  * we would do this whole-block claiming. This would help to reduce
2069  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2070  */
2071 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2072                            int migratetype, bool claimable)
2073 {
2074         int i;
2075
2076         if (claimable && !should_try_claim_block(order, migratetype))
2077                 return -2;
2078
2079         if (area->nr_free == 0)
2080                 return -1;
2081
2082         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
2083                 int fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2084
2085                 if (!free_area_empty(area, fallback_mt))
2086                         return fallback_mt;
2087         }
2088
2089         return -1;
2090 }
2091
2092 /*
2093  * This function implements actual block claiming behaviour. If order is large
2094  * enough, we can claim the whole pageblock for the requested migratetype. If
2095  * not, we check the pageblock for constituent pages; if at least half of the
2096  * pages are free or compatible, we can still claim the whole block, so pages
2097  * freed in the future will be put on the correct free list.
2098  */
2099 static struct page *
2100 try_to_claim_block(struct zone *zone, struct page *page,
2101                    int current_order, int order, int start_type,
2102                    int block_type, unsigned int alloc_flags)
2103 {
2104         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2105         unsigned long start_pfn;
2106
2107         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2108         if (current_order >= pageblock_order) {
2109                 unsigned int nr_added;
2110
2111                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order, block_type);
2112                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2113                 nr_added = expand(zone, page, order, current_order, start_type);
2114                 account_freepages(zone, nr_added, start_type);
2115                 return page;
2116         }
2117
2118         /*
2119          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2120          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2121          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2122          */
2123         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2124                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2125
2126         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2127         if (!prep_move_freepages_block(zone, page, &start_pfn, &free_pages,
2128                                        &movable_pages))
2129                 return NULL;
2130
2131         /*
2132          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2133          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2134          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2135          */
2136         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2137                 alike_pages = movable_pages;
2138         } else {
2139                 /*
2140                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2141                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2142                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2143                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2144                  * exact migratetype of non-movable pages.
2145                  */
2146                 if (block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2147                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2148                                                 - (free_pages + movable_pages);
2149                 else
2150                         alike_pages = 0;
2151         }
2152         /*
2153          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2154          * compatible migratability as our allocation, claim the whole block.
2155          */
2156         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2157                         page_group_by_mobility_disabled) {
2158                 __move_freepages_block(zone, start_pfn, block_type, start_type);
2159                 return __rmqueue_smallest(zone, order, start_type);
2160         }
2161
2162         return NULL;
2163 }
2164
2165 /*
2166  * Try to allocate from some fallback migratetype by claiming the entire block,
2167  * i.e. converting it to the allocation's start migratetype.
2168  *
2169  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2170  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2171  * condition simpler.
2172  */
2173 static __always_inline struct page *
2174 __rmqueue_claim(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2175                                                 unsigned int alloc_flags)
2176 {
2177         struct free_area *area;
2178         int current_order;
2179         int min_order = order;
2180         struct page *page;
2181         int fallback_mt;
2182
2183         /*
2184          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2185          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2186          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2187          */
2188         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2189                 min_order = pageblock_order;
2190
2191         /*
2192          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2193          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2194          * would be too costly to do exactly.
2195          */
2196         for (current_order = MAX_PAGE_ORDER; current_order >= min_order;
2197                                 --current_order) {
2198                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2199                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2200                                                      start_migratetype, true);
2201
2202                 /* No block in that order */
2203                 if (fallback_mt == -1)
2204                         continue;
2205
2206                 /* Advanced into orders too low to claim, abort */
2207                 if (fallback_mt == -2)
2208                         break;
2209
2210                 page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2211                 page = try_to_claim_block(zone, page, current_order, order,
2212                                           start_migratetype, fallback_mt,
2213                                           alloc_flags);
2214                 if (page) {
2215                         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2216                                                     start_migratetype, fallback_mt);
2217                         return page;
2218                 }
2219         }
2220
2221         return NULL;
2222 }
2223
2224 /*
2225  * Try to steal a single page from some fallback migratetype. Leave the rest of
2226  * the block as its current migratetype, potentially causing fragmentation.
2227  */
2228 static __always_inline struct page *
2229 __rmqueue_steal(struct zone *zone, int order, int start_migratetype)
2230 {
2231         struct free_area *area;
2232         int current_order;
2233         struct page *page;
2234         int fallback_mt;
2235
2236         for (current_order = order; current_order < NR_PAGE_ORDERS; current_order++) {
2237                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2238                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2239                                                      start_migratetype, false);
2240                 if (fallback_mt == -1)
2241                         continue;
2242
2243                 page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2244                 page_del_and_expand(zone, page, order, current_order, fallback_mt);
2245                 trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2246                                             start_migratetype, fallback_mt);
2247                 return page;
2248         }
2249
2250         return NULL;
2251 }
2252
2253 enum rmqueue_mode {
2254         RMQUEUE_NORMAL,
2255         RMQUEUE_CMA,
2256         RMQUEUE_CLAIM,
2257         RMQUEUE_STEAL,
2258 };
2259
2260 /*
2261  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2262  * Call me with the zone->lock already held.
2263  */
2264 static __always_inline struct page *
2265 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2266           unsigned int alloc_flags, enum rmqueue_mode *mode)
2267 {
2268         struct page *page;
2269
2270         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2271                 /*
2272                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2273                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2274                  * is in the CMA area.
2275                  */
2276                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2277                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2278                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2279                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2280                         if (page)
2281                                 return page;
2282                 }
2283         }
2284
2285         /*
2286          * First try the freelists of the requested migratetype, then try
2287          * fallbacks modes with increasing levels of fragmentation risk.
2288          *
2289          * The fallback logic is expensive and rmqueue_bulk() calls in
2290          * a loop with the zone->lock held, meaning the freelists are
2291          * not subject to any outside changes. Remember in *mode where
2292          * we found pay dirt, to save us the search on the next call.
2293          */
2294         switch (*mode) {
2295         case RMQUEUE_NORMAL:
2296                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2297                 if (page)
2298                         return page;
2299                 fallthrough;
2300         case RMQUEUE_CMA:
2301                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA) {
2302                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2303                         if (page) {
2304                                 *mode = RMQUEUE_CMA;
2305                                 return page;
2306                         }
2307                 }
2308                 fallthrough;
2309         case RMQUEUE_CLAIM:
2310                 page = __rmqueue_claim(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2311                 if (page) {
2312                         /* Replenished preferred freelist, back to normal mode. */
2313                         *mode = RMQUEUE_NORMAL;
2314                         return page;
2315                 }
2316                 fallthrough;
2317         case RMQUEUE_STEAL:
2318                 if (!(alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)) {
2319                         page = __rmqueue_steal(zone, order, migratetype);
2320                         if (page) {
2321                                 *mode = RMQUEUE_STEAL;
2322                                 return page;
2323                         }
2324                 }
2325         }
2326         return NULL;
2327 }
2328
2329 /*
2330  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2331  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2332  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2333  */
2334 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2335                         unsigned long count, struct list_head *list,
2336                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2337 {
2338         enum rmqueue_mode rmqm = RMQUEUE_NORMAL;
2339         unsigned long flags;
2340         int i;
2341
2342         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_TRYLOCK)) {
2343                 if (!spin_trylock_irqsave(&zone->lock, flags))
2344                         return 0;
2345         } else {
2346                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2347         }
2348         for (i = 0; i < count; ++i) {
2349                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2350                                               alloc_flags, &rmqm);
2351                 if (unlikely(page == NULL))
2352                         break;
2353
2354                 /*
2355                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2356                  * physical page order. The page is added to the tail of
2357                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2358                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2359                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2360                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2361                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2362                  * pages are ordered properly.
2363                  */
2364                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2365         }
2366         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2367
2368         return i;
2369 }
2370
2371 /*
2372  * Called from the vmstat counter updater to decay the PCP high.
2373  * Return whether there are addition works to do.
2374  */
2375 int decay_pcp_high(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2376 {
2377         int high_min, to_drain, batch;
2378         int todo = 0;
2379
2380         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2381         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2382         /*
2383          * Decrease pcp->high periodically to try to free possible
2384          * idle PCP pages.  And, avoid to free too many pages to
2385          * control latency.  This caps pcp->high decrement too.
2386          */
2387         if (pcp->high > high_min) {
2388                 pcp->high = max3(pcp->count - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2389                                  pcp->high - (pcp->high >> 3), high_min);
2390                 if (pcp->high > high_min)
2391                         todo++;
2392         }
2393
2394         to_drain = pcp->count - pcp->high;
2395         if (to_drain > 0) {
2396                 spin_lock(&pcp->lock);
2397                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2398                 spin_unlock(&pcp->lock);
2399                 todo++;
2400         }
2401
2402         return todo;
2403 }
2404
2405 #ifdef CONFIG_NUMA
2406 /*
2407  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2408  * currently executing processor on remote nodes after they have
2409  * expired.
2410  */
2411 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2412 {
2413         int to_drain, batch;
2414
2415         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2416         to_drain = min(pcp->count, batch);
2417         if (to_drain > 0) {
2418                 spin_lock(&pcp->lock);
2419                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2420                 spin_unlock(&pcp->lock);
2421         }
2422 }
2423 #endif
2424
2425 /*
2426  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2427  */
2428 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2429 {
2430         struct per_cpu_pages *pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2431         int count;
2432
2433         do {
2434                 spin_lock(&pcp->lock);
2435                 count = pcp->count;
2436                 if (count) {
2437                         int to_drain = min(count,
2438                                 pcp->batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2439
2440                         free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2441                         count -= to_drain;
2442                 }
2443                 spin_unlock(&pcp->lock);
2444         } while (count);
2445 }
2446
2447 /*
2448  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2449  */
2450 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2451 {
2452         struct zone *zone;
2453
2454         for_each_populated_zone(zone) {
2455                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2456         }
2457 }
2458
2459 /*
2460  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2461  */
2462 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2463 {
2464         int cpu = smp_processor_id();
2465
2466         if (zone)
2467                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2468         else
2469                 drain_pages(cpu);
2470 }
2471
2472 /*
2473  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2474  * drain on all cpus.
2475  *
2476  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2477  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2478  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2479  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2480  * optimizing racy check.
2481  */
2482 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2483 {
2484         int cpu;
2485
2486         /*
2487          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2488          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2489          */
2490         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2491
2492         /*
2493          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2494          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2495          * the drain to be complete when the call returns.
2496          */
2497         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2498                 if (!zone)
2499                         return;
2500                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2501         }
2502
2503         /*
2504          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2505          * as offline notification will cause the notified
2506          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2507          * disables preemption as part of its processing
2508          */
2509         for_each_online_cpu(cpu) {
2510                 struct per_cpu_pages *pcp;
2511                 struct zone *z;
2512                 bool has_pcps = false;
2513
2514                 if (force_all_cpus) {
2515                         /*
2516                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2517                          * guarantee that no cpu is missed.
2518                          */
2519                         has_pcps = true;
2520                 } else if (zone) {
2521                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2522                         if (pcp->count)
2523                                 has_pcps = true;
2524                 } else {
2525                         for_each_populated_zone(z) {
2526                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2527                                 if (pcp->count) {
2528                                         has_pcps = true;
2529                                         break;
2530                                 }
2531                         }
2532                 }
2533
2534                 if (has_pcps)
2535                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2536                 else
2537                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2538         }
2539
2540         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2541                 if (zone)
2542                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2543                 else
2544                         drain_pages(cpu);
2545         }
2546
2547         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2548 }
2549
2550 /*
2551  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2552  *
2553  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2554  */
2555 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2556 {
2557         __drain_all_pages(zone, false);
2558 }
2559
2560 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int batch, int high, bool free_high)
2561 {
2562         int min_nr_free, max_nr_free;
2563
2564         /* Free as much as possible if batch freeing high-order pages. */
2565         if (unlikely(free_high))
2566                 return min(pcp->count, batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX);
2567
2568         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2569         if (unlikely(high < batch))
2570                 return 1;
2571
2572         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2573         min_nr_free = batch;
2574         max_nr_free = high - batch;
2575
2576         /*
2577          * Increase the batch number to the number of the consecutive
2578          * freed pages to reduce zone lock contention.
2579          */
2580         batch = clamp_t(int, pcp->free_count, min_nr_free, max_nr_free);
2581
2582         return batch;
2583 }
2584
2585 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2586                        int batch, bool free_high)
2587 {
2588         int high, high_min, high_max;
2589
2590         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
2591         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
2592         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
2593
2594         if (unlikely(!high))
2595                 return 0;
2596
2597         if (unlikely(free_high)) {
2598                 pcp->high = max(high - (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX),
2599                                 high_min);
2600                 return 0;
2601         }
2602
2603         /*
2604          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2605          * stored on pcp lists
2606          */
2607         if (test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags)) {
2608                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2609
2610                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2611                 return min(batch << 2, pcp->high);
2612         }
2613
2614         if (high_min == high_max)
2615                 return high;
2616
2617         if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags)) {
2618                 int free_count = max_t(int, pcp->free_count, batch);
2619
2620                 pcp->high = max(high - free_count, high_min);
2621                 high = max(pcp->count, high_min);
2622         } else if (pcp->count >= high) {
2623                 int need_high = pcp->free_count + batch;
2624
2625                 /* pcp->high should be large enough to hold batch freed pages */
2626                 if (pcp->high < need_high)
2627                         pcp->high = clamp(need_high, high_min, high_max);
2628         }
2629
2630         return high;
2631 }
2632
2633 static void free_frozen_page_commit(struct zone *zone,
2634                 struct per_cpu_pages *pcp, struct page *page, int migratetype,
2635                 unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
2636 {
2637         int high, batch;
2638         int pindex;
2639         bool free_high = false;
2640
2641         /*
2642          * On freeing, reduce the number of pages that are batch allocated.
2643          * See nr_pcp_alloc() where alloc_factor is increased for subsequent
2644          * allocations.
2645          */
2646         pcp->alloc_factor >>= 1;
2647         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2648         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2649         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2650         pcp->count += 1 << order;
2651
2652         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2653         /*
2654          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2655          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2656          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2657          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2658          */
2659         if (order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
2660                 free_high = (pcp->free_count >= (batch + pcp->high_min / 2) &&
2661                              (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) &&
2662                              (!(pcp->flags & PCPF_FREE_HIGH_BATCH) ||
2663                               pcp->count >= batch));
2664                 pcp->flags |= PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2665         } else if (pcp->flags & PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER) {
2666                 pcp->flags &= ~PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER;
2667         }
2668         if (pcp->free_count < (batch << CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX))
2669                 pcp->free_count += (1 << order);
2670
2671         if (unlikely(fpi_flags & FPI_TRYLOCK)) {
2672                 /*
2673                  * Do not attempt to take a zone lock. Let pcp->count get
2674                  * over high mark temporarily.
2675                  */
2676                 return;
2677         }
2678         high = nr_pcp_high(pcp, zone, batch, free_high);
2679         if (pcp->count >= high) {
2680                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, batch, high, free_high),
2681                                    pcp, pindex);
2682                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags) &&
2683                     zone_watermark_ok(zone, 0, high_wmark_pages(zone),
2684                                       ZONE_MOVABLE, 0))
2685                         clear_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
2686         }
2687 }
2688
2689 /*
2690  * Free a pcp page
2691  */
2692 static void __free_frozen_pages(struct page *page, unsigned int order,
2693                                 fpi_t fpi_flags)
2694 {
2695         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2696         struct per_cpu_pages *pcp;
2697         struct zone *zone;
2698         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2699         int migratetype;
2700
2701         if (!pcp_allowed_order(order)) {
2702                 __free_pages_ok(page, order, fpi_flags);
2703                 return;
2704         }
2705
2706         if (!free_pages_prepare(page, order))
2707                 return;
2708
2709         /*
2710          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2711          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2712          * offlined but treat HIGHATOMIC and CMA as movable pages so we can
2713          * get those areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2714          * excessively into the page allocator
2715          */
2716         zone = page_zone(page);
2717         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2718         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2719                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2720                         free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
2721                         return;
2722                 }
2723                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2724         }
2725
2726         if (unlikely((fpi_flags & FPI_TRYLOCK) && IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT)
2727                      && (in_nmi() || in_hardirq()))) {
2728                 add_page_to_zone_llist(zone, page, order);
2729                 return;
2730         }
2731         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2732         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2733         if (pcp) {
2734                 free_frozen_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order, fpi_flags);
2735                 pcp_spin_unlock(pcp);
2736         } else {
2737                 free_one_page(zone, page, pfn, order, fpi_flags);
2738         }
2739         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2740 }
2741
2742 void free_frozen_pages(struct page *page, unsigned int order)
2743 {
2744         __free_frozen_pages(page, order, FPI_NONE);
2745 }
2746
2747 /*
2748  * Free a batch of folios
2749  */
2750 void free_unref_folios(struct folio_batch *folios)
2751 {
2752         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2753         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2754         struct zone *locked_zone = NULL;
2755         int i, j;
2756
2757         /* Prepare folios for freeing */
2758         for (i = 0, j = 0; i < folios->nr; i++) {
2759                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2760                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2761                 unsigned int order = folio_order(folio);
2762
2763                 if (!free_pages_prepare(&folio->page, order))
2764                         continue;
2765                 /*
2766                  * Free orders not handled on the PCP directly to the
2767                  * allocator.
2768                  */
2769                 if (!pcp_allowed_order(order)) {
2770                         free_one_page(folio_zone(folio), &folio->page,
2771                                       pfn, order, FPI_NONE);
2772                         continue;
2773                 }
2774                 folio->private = (void *)(unsigned long)order;
2775                 if (j != i)
2776                         folios->folios[j] = folio;
2777                 j++;
2778         }
2779         folios->nr = j;
2780
2781         for (i = 0; i < folios->nr; i++) {
2782                 struct folio *folio = folios->folios[i];
2783                 struct zone *zone = folio_zone(folio);
2784                 unsigned long pfn = folio_pfn(folio);
2785                 unsigned int order = (unsigned long)folio->private;
2786                 int migratetype;
2787
2788                 folio->private = NULL;
2789                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(&folio->page, pfn);
2790
2791                 /* Different zone requires a different pcp lock */
2792                 if (zone != locked_zone ||
2793                     is_migrate_isolate(migratetype)) {
2794                         if (pcp) {
2795                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2796                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2797                                 locked_zone = NULL;
2798                                 pcp = NULL;
2799                         }
2800
2801                         /*
2802                          * Free isolated pages directly to the
2803                          * allocator, see comment in free_frozen_pages.
2804                          */
2805                         if (is_migrate_isolate(migratetype)) {
2806                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2807                                               order, FPI_NONE);
2808                                 continue;
2809                         }
2810
2811                         /*
2812                          * trylock is necessary as folios may be getting freed
2813                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2814                          */
2815                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2816                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2817                         if (unlikely(!pcp)) {
2818                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2819                                 free_one_page(zone, &folio->page, pfn,
2820                                               order, FPI_NONE);
2821                                 continue;
2822                         }
2823                         locked_zone = zone;
2824                 }
2825
2826                 /*
2827                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2828                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2829                  */
2830                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2831                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2832
2833                 trace_mm_page_free_batched(&folio->page);
2834                 free_frozen_page_commit(zone, pcp, &folio->page, migratetype,
2835                                         order, FPI_NONE);
2836         }
2837
2838         if (pcp) {
2839                 pcp_spin_unlock(pcp);
2840                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2841         }
2842         folio_batch_reinit(folios);
2843 }
2844
2845 /*
2846  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2847  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2848  * Each sub-page must be freed individually.
2849  *
2850  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2851  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2852  */
2853 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2854 {
2855         int i;
2856
2857         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2858         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2859
2860         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2861                 set_page_refcounted(page + i);
2862         split_page_owner(page, order, 0);
2863         pgalloc_tag_split(page_folio(page), order, 0);
2864         split_page_memcg(page, order);
2865 }
2866 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2867
2868 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2869 {
2870         struct zone *zone = page_zone(page);
2871         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2872
2873         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2874                 unsigned long watermark;
2875                 /*
2876                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2877                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2878                  * watermark, because we already know our high-order page
2879                  * exists.
2880                  */
2881                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2882                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2883                         return 0;
2884         }
2885
2886         del_page_from_free_list(page, zone, order, mt);
2887
2888         /*
2889          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2890          * pageblock
2891          */
2892         if (order >= pageblock_order - 1) {
2893                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2894                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2895                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2896                         /*
2897                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2898                          * with others)
2899                          */
2900                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2901                                 move_freepages_block(zone, page, mt,
2902                                                      MIGRATE_MOVABLE);
2903                 }
2904         }
2905
2906         return 1UL << order;
2907 }
2908
2909 /**
2910  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2911  * @page: Page that was isolated
2912  * @order: Order of the isolated page
2913  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2914  *
2915  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2916  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2917  */
2918 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2919 {
2920         struct zone *zone = page_zone(page);
2921
2922         /* zone lock should be held when this function is called */
2923         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2924
2925         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2926         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2927                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2928 }
2929
2930 /*
2931  * Update NUMA hit/miss statistics
2932  */
2933 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2934                                    long nr_account)
2935 {
2936 #ifdef CONFIG_NUMA
2937         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2938
2939         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2940         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2941                 return;
2942
2943         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2944                 local_stat = NUMA_OTHER;
2945
2946         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2947                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2948         else {
2949                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2950                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2951         }
2952         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2953 #endif
2954 }
2955
2956 static __always_inline
2957 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2958                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2959                            int migratetype)
2960 {
2961         struct page *page;
2962         unsigned long flags;
2963
2964         do {
2965                 page = NULL;
2966                 if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_TRYLOCK)) {
2967                         if (!spin_trylock_irqsave(&zone->lock, flags))
2968                                 return NULL;
2969                 } else {
2970                         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2971                 }
2972                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2973                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2974                 if (!page) {
2975                         enum rmqueue_mode rmqm = RMQUEUE_NORMAL;
2976
2977                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags, &rmqm);
2978
2979                         /*
2980                          * If the allocation fails, allow OOM handling and
2981                          * order-0 (atomic) allocs access to HIGHATOMIC
2982                          * reserves as failing now is worse than failing a
2983                          * high-order atomic allocation in the future.
2984                          */
2985                         if (!page && (alloc_flags & (ALLOC_OOM|ALLOC_NON_BLOCK)))
2986                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2987
2988                         if (!page) {
2989                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2990                                 return NULL;
2991                         }
2992                 }
2993                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2994         } while (check_new_pages(page, order));
2995
2996         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2997         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2998
2999         return page;
3000 }
3001
3002 static int nr_pcp_alloc(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone, int order)
3003 {
3004         int high, base_batch, batch, max_nr_alloc;
3005         int high_max, high_min;
3006
3007         base_batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3008         high_min = READ_ONCE(pcp->high_min);
3009         high_max = READ_ONCE(pcp->high_max);
3010         high = pcp->high = clamp(pcp->high, high_min, high_max);
3011
3012         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
3013         if (unlikely(high < base_batch))
3014                 return 1;
3015
3016         if (order)
3017                 batch = base_batch;
3018         else
3019                 batch = (base_batch << pcp->alloc_factor);
3020
3021         /*
3022          * If we had larger pcp->high, we could avoid to allocate from
3023          * zone.
3024          */
3025         if (high_min != high_max && !test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3026                 high = pcp->high = min(high + batch, high_max);
3027
3028         if (!order) {
3029                 max_nr_alloc = max(high - pcp->count - base_batch, base_batch);
3030                 /*
3031                  * Double the number of pages allocated each time there is
3032                  * subsequent allocation of order-0 pages without any freeing.
3033                  */
3034                 if (batch <= max_nr_alloc &&
3035                     pcp->alloc_factor < CONFIG_PCP_BATCH_SCALE_MAX)
3036                         pcp->alloc_factor++;
3037                 batch = min(batch, max_nr_alloc);
3038         }
3039
3040         /*
3041          * Scale batch relative to order if batch implies free pages
3042          * can be stored on the PCP. Batch can be 1 for small zones or
3043          * for boot pagesets which should never store free pages as
3044          * the pages may belong to arbitrary zones.
3045          */
3046         if (batch > 1)
3047                 batch = max(batch >> order, 2);
3048
3049         return batch;
3050 }
3051
3052 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3053 static inline
3054 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3055                         int migratetype,
3056                         unsigned int alloc_flags,
3057                         struct per_cpu_pages *pcp,
3058                         struct list_head *list)
3059 {
3060         struct page *page;
3061
3062         do {
3063                 if (list_empty(list)) {
3064                         int batch = nr_pcp_alloc(pcp, zone, order);
3065                         int alloced;
3066
3067                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3068                                         batch, list,
3069                                         migratetype, alloc_flags);
3070
3071                         pcp->count += alloced << order;
3072                         if (unlikely(list_empty(list)))
3073                                 return NULL;
3074                 }
3075
3076                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3077                 list_del(&page->pcp_list);
3078                 pcp->count -= 1 << order;
3079         } while (check_new_pages(page, order));
3080
3081         return page;
3082 }
3083
3084 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3085 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3086                         struct zone *zone, unsigned int order,
3087                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3088 {
3089         struct per_cpu_pages *pcp;
3090         struct list_head *list;
3091         struct page *page;
3092         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3093
3094         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
3095         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3096         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3097         if (!pcp) {
3098                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3099                 return NULL;
3100         }
3101
3102         /*
3103          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3104          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3105          * frees.
3106          */
3107         pcp->free_count >>= 1;
3108         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3109         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3110         pcp_spin_unlock(pcp);
3111         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3112         if (page) {
3113                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3114                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3115         }
3116         return page;
3117 }
3118
3119 /*
3120  * Allocate a page from the given zone.
3121  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3122  */
3123
3124 /*
3125  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3126  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3127  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3128  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3129  */
3130 __no_sanitize_memory
3131 static inline
3132 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3133                         struct zone *zone, unsigned int order,
3134                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3135                         int migratetype)
3136 {
3137         struct page *page;
3138
3139         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3140                 page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3141                                        migratetype, alloc_flags);
3142                 if (likely(page))
3143                         goto out;
3144         }
3145
3146         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3147                                                         migratetype);
3148
3149 out:
3150         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3151         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
3152             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3153                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3154                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3155         }
3156
3157         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3158         return page;
3159 }
3160
3161 /*
3162  * Reserve the pageblock(s) surrounding an allocation request for
3163  * exclusive use of high-order atomic allocations if there are no
3164  * empty page blocks that contain a page with a suitable order
3165  */
3166 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, int order,
3167                                          struct zone *zone)
3168 {
3169         int mt;
3170         unsigned long max_managed, flags;
3171
3172         /*
3173          * The number reserved as: minimum is 1 pageblock, maximum is
3174          * roughly 1% of a zone. But if 1% of a zone falls below a
3175          * pageblock size, then don't reserve any pageblocks.
3176          * Check is race-prone but harmless.
3177          */
3178         if ((zone_managed_pages(zone) / 100) < pageblock_nr_pages)
3179                 return;
3180         max_managed = ALIGN((zone_managed_pages(zone) / 100), pageblock_nr_pages);
3181         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
3182                 return;
3183
3184         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3185
3186         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
3187         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
3188                 goto out_unlock;
3189
3190         /* Yoink! */
3191         mt = get_pageblock_migratetype(page);
3192         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
3193         if (!migratetype_is_mergeable(mt))
3194                 goto out_unlock;
3195
3196         if (order < pageblock_order) {
3197                 if (move_freepages_block(zone, page, mt, MIGRATE_HIGHATOMIC) == -1)
3198                         goto out_unlock;
3199                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
3200         } else {
3201                 change_pageblock_range(page, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3202                 zone->nr_reserved_highatomic += 1 << order;
3203         }
3204
3205 out_unlock:
3206         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3207 }
3208
3209 /*
3210  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
3211  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
3212  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
3213  * to recover from than an OOM.
3214  *
3215  * If @force is true, try to unreserve pageblocks even though highatomic
3216  * pageblock is exhausted.
3217  */
3218 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
3219                                                 bool force)
3220 {
3221         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
3222         unsigned long flags;
3223         struct zoneref *z;
3224         struct zone *zone;
3225         struct page *page;
3226         int order;
3227         int ret;
3228
3229         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
3230                                                                 ac->nodemask) {
3231                 /*
3232                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
3233                  * is really high.
3234                  */
3235                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
3236                                         pageblock_nr_pages)
3237                         continue;
3238
3239                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
3240                 for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
3241                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
3242                         unsigned long size;
3243
3244                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3245                         if (!page)
3246                                 continue;
3247
3248                         size = max(pageblock_nr_pages, 1UL << order);
3249                         /*
3250                          * It should never happen but changes to
3251                          * locking could inadvertently allow a per-cpu
3252                          * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
3253                          * while unreserving so be safe and watch for
3254                          * underflows.
3255                          */
3256                         if (WARN_ON_ONCE(size > zone->nr_reserved_highatomic))
3257                                 size = zone->nr_reserved_highatomic;
3258                         zone->nr_reserved_highatomic -= size;
3259
3260                         /*
3261                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
3262                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
3263                          * is doing the work and needs the pages. More
3264                          * importantly, if the block was always converted to
3265                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
3266                          * of pageblocks that cannot be completely freed
3267                          * may increase.
3268                          */
3269                         if (order < pageblock_order)
3270                                 ret = move_freepages_block(zone, page,
3271                                                            MIGRATE_HIGHATOMIC,
3272                                                            ac->migratetype);
3273                         else {
3274                                 move_to_free_list(page, zone, order,
3275                                                   MIGRATE_HIGHATOMIC,
3276                                                   ac->migratetype);
3277                                 change_pageblock_range(page, order,
3278                                                        ac->migratetype);
3279                                 ret = 1;
3280                         }
3281                         /*
3282                          * Reserving the block(s) already succeeded,
3283                          * so this should not fail on zone boundaries.
3284                          */
3285                         WARN_ON_ONCE(ret == -1);
3286                         if (ret > 0) {
3287                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3288                                 return ret;
3289                         }
3290                 }
3291                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3292         }
3293
3294         return false;
3295 }
3296
3297 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3298                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3299 {
3300         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3301
3302         /*
3303          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3304          * watermark then subtract the free pages reserved for highatomic.
3305          */
3306         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3307                 unusable_free += READ_ONCE(z->nr_free_highatomic);
3308
3309 #ifdef CONFIG_CMA
3310         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3311         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3312                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3313 #endif
3314
3315         return unusable_free;
3316 }
3317
3318 /*
3319  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3320  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3321  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3322  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3323  */
3324 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3325                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3326                          long free_pages)
3327 {
3328         long min = mark;
3329         int o;
3330
3331         /* free_pages may go negative - that's OK */
3332         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3333
3334         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3335                 /*
3336                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3337                  * as OOM.
3338                  */
3339                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3340                         min -= min / 2;
3341
3342                         /*
3343                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3344                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3345                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3346                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3347                          * access to the min reserve.
3348                          */
3349                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3350                                 min -= min / 4;
3351                 }
3352
3353                 /*
3354                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3355                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3356                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3357                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3358                  */
3359                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3360                         min -= min / 2;
3361         }
3362
3363         /*
3364          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3365          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3366          * even if a suitable page happened to be free.
3367          */
3368         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3369                 return false;
3370
3371         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3372         if (!order)
3373                 return true;
3374
3375         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3376         for (o = order; o < NR_PAGE_ORDERS; o++) {
3377                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3378                 int mt;
3379
3380                 if (!area->nr_free)
3381                         continue;
3382
3383                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3384                         if (!free_area_empty(area, mt))
3385                                 return true;
3386                 }
3387
3388 #ifdef CONFIG_CMA
3389                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3390                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3391                         return true;
3392                 }
3393 #endif
3394                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3395                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3396                         return true;
3397                 }
3398         }
3399         return false;
3400 }
3401
3402 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3403                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3404 {
3405         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3406                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3407 }
3408
3409 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3410                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3411                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3412 {
3413         long free_pages;
3414
3415         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3416
3417         /*
3418          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3419          * need to be calculated.
3420          */
3421         if (!order) {
3422                 long usable_free;
3423                 long reserved;
3424
3425                 usable_free = free_pages;
3426                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3427
3428                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3429                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3430                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3431                         return true;
3432         }
3433
3434         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3435                                         free_pages))
3436                 return true;
3437
3438         /*
3439          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3440          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3441          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3442          * when below the low watermark.
3443          */
3444         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3445                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3446                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3447                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3448                                         alloc_flags, free_pages);
3449         }
3450
3451         return false;
3452 }
3453
3454 #ifdef CONFIG_NUMA
3455 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3456
3457 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3458 {
3459         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3460                                 node_reclaim_distance;
3461 }
3462 #else   /* CONFIG_NUMA */
3463 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3464 {
3465         return true;
3466 }
3467 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3468
3469 /*
3470  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3471  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3472  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3473  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3474  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3475  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3476  */
3477 static inline unsigned int
3478 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3479 {
3480         unsigned int alloc_flags;
3481
3482         /*
3483          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3484          * to save a branch.
3485          */
3486         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3487
3488         if (defrag_mode) {
3489                 alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3490                 return alloc_flags;
3491         }
3492
3493 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3494         if (!zone)
3495                 return alloc_flags;
3496
3497         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3498                 return alloc_flags;
3499
3500         /*
3501          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3502          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3503          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3504          */
3505         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3506         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3507                 return alloc_flags;
3508
3509         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3510 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3511         return alloc_flags;
3512 }
3513
3514 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3515 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3516                                                   unsigned int alloc_flags)
3517 {
3518 #ifdef CONFIG_CMA
3519         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3520                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3521 #endif
3522         return alloc_flags;
3523 }
3524
3525 /*
3526  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3527  * a page.
3528  */
3529 static struct page *
3530 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3531                                                 const struct alloc_context *ac)
3532 {
3533         struct zoneref *z;
3534         struct zone *zone;
3535         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3536         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3537         bool no_fallback;
3538
3539 retry:
3540         /*
3541          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3542          * See also cpuset_current_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3543          */
3544         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3545         z = ac->preferred_zoneref;
3546         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3547                                         ac->nodemask) {
3548                 struct page *page;
3549                 unsigned long mark;
3550
3551                 if (cpusets_enabled() &&
3552                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3553                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3554                                 continue;
3555                 /*
3556                  * When allocating a page cache page for writing, we
3557                  * want to get it from a node that is within its dirty
3558                  * limit, such that no single node holds more than its
3559                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3560                  * The dirty limits take into account the node's
3561                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3562                  * should be able to balance it without having to
3563                  * write pages from its LRU list.
3564                  *
3565                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3566                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3567                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3568                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3569                  * nodes are together not big enough to reach the
3570                  * global limit.  The proper fix for these situations
3571                  * will require awareness of nodes in the
3572                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3573                  */
3574                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3575                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3576                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3577                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3578                         }
3579
3580                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3581                                 continue;
3582                 }
3583
3584                 if (no_fallback && !defrag_mode && nr_online_nodes > 1 &&
3585                     zone != zonelist_zone(ac->preferred_zoneref)) {
3586                         int local_nid;
3587
3588                         /*
3589                          * If moving to a remote node, retry but allow
3590                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3591                          * than fragmentation avoidance.
3592                          */
3593                         local_nid = zonelist_node_idx(ac->preferred_zoneref);
3594                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3595                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3596                                 goto retry;
3597                         }
3598                 }
3599
3600                 cond_accept_memory(zone, order, alloc_flags);
3601
3602                 /*
3603                  * Detect whether the number of free pages is below high
3604                  * watermark.  If so, we will decrease pcp->high and free
3605                  * PCP pages in free path to reduce the possibility of
3606                  * premature page reclaiming.  Detection is done here to
3607                  * avoid to do that in hotter free path.
3608                  */
3609                 if (test_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags))
3610                         goto check_alloc_wmark;
3611
3612                 mark = high_wmark_pages(zone);
3613                 if (zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3614                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3615                                         gfp_mask))
3616                         goto try_this_zone;
3617                 else
3618                         set_bit(ZONE_BELOW_HIGH, &zone->flags);
3619
3620 check_alloc_wmark:
3621                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3622                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3623                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3624                                        gfp_mask)) {
3625                         int ret;
3626
3627                         if (cond_accept_memory(zone, order, alloc_flags))
3628                                 goto try_this_zone;
3629
3630                         /*
3631                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3632                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3633                          */
3634                         if (deferred_pages_enabled()) {
3635                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3636                                         goto try_this_zone;
3637                         }
3638                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3639                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3640                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3641                                 goto try_this_zone;
3642
3643                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3644                             !zone_allows_reclaim(zonelist_zone(ac->preferred_zoneref), zone))
3645                                 continue;
3646
3647                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3648                         switch (ret) {
3649                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3650                                 /* did not scan */
3651                                 continue;
3652                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3653                                 /* scanned but unreclaimable */
3654                                 continue;
3655                         default:
3656                                 /* did we reclaim enough */
3657                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3658                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3659                                         goto try_this_zone;
3660
3661                                 continue;
3662                         }
3663                 }
3664
3665 try_this_zone:
3666                 page = rmqueue(zonelist_zone(ac->preferred_zoneref), zone, order,
3667                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3668                 if (page) {
3669                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3670
3671                         /*
3672                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3673                          * if the pageblock should be reserved for the future
3674                          */
3675                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3676                                 reserve_highatomic_pageblock(page, order, zone);
3677
3678                         return page;
3679                 } else {
3680                         if (cond_accept_memory(zone, order, alloc_flags))
3681                                 goto try_this_zone;
3682
3683                         /* Try again if zone has deferred pages */
3684                         if (deferred_pages_enabled()) {
3685                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3686                                         goto try_this_zone;
3687                         }
3688                 }
3689         }
3690
3691         /*
3692          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3693          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3694          */
3695         if (no_fallback && !defrag_mode) {
3696                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3697                 goto retry;
3698         }
3699
3700         return NULL;
3701 }
3702
3703 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3704 {
3705         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3706
3707         /*
3708          * This documents exceptions given to allocations in certain
3709          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3710          * of allowed nodes.
3711          */
3712         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3713                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3714                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3715                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3716         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3717                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3718
3719         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3720 }
3721
3722 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3723 {
3724         struct va_format vaf;
3725         va_list args;
3726         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3727
3728         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3729              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3730              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3731                 return;
3732
3733         va_start(args, fmt);
3734         vaf.fmt = fmt;
3735         vaf.va = &args;
3736         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3737                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3738                         nodemask_pr_args(nodemask));
3739         va_end(args);
3740
3741         cpuset_print_current_mems_allowed();
3742         pr_cont("\n");
3743         dump_stack();
3744         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3745 }
3746
3747 static inline struct page *
3748 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3749                               unsigned int alloc_flags,
3750                               const struct alloc_context *ac)
3751 {
3752         struct page *page;
3753
3754         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3755                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3756         /*
3757          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3758          * are depleted
3759          */
3760         if (!page)
3761                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3762                                 alloc_flags, ac);
3763         return page;
3764 }
3765
3766 static inline struct page *
3767 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3768         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3769 {
3770         struct oom_control oc = {
3771                 .zonelist = ac->zonelist,
3772                 .nodemask = ac->nodemask,
3773                 .memcg = NULL,
3774                 .gfp_mask = gfp_mask,
3775                 .order = order,
3776         };
3777         struct page *page;
3778
3779         *did_some_progress = 0;
3780
3781         /*
3782          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3783          * making progress for us.
3784          */
3785         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3786                 *did_some_progress = 1;
3787                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3788                 return NULL;
3789         }
3790
3791         /*
3792          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3793          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3794          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3795          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3796          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3797          */
3798         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3799                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3800                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3801         if (page)
3802                 goto out;
3803
3804         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3805         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3806                 goto out;
3807         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3808         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3809                 goto out;
3810         /*
3811          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3812          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3813          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3814          * fallback than shooting a random task.
3815          *
3816          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3817          */
3818         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3819                 goto out;
3820         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3821         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3822                 goto out;
3823         if (pm_suspended_storage())
3824                 goto out;
3825         /*
3826          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3827          * other request to make a forward progress.
3828          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3829          * do much for this context but let's try it to at least get
3830          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3831          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3832          * failures more gracefully we should just bail out here.
3833          */
3834
3835         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3836         if (out_of_memory(&oc) ||
3837             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3838                 *did_some_progress = 1;
3839
3840                 /*
3841                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3842                  * reserves
3843                  */
3844                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3845                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3846                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3847         }
3848 out:
3849         mutex_unlock(&oom_lock);
3850         return page;
3851 }
3852
3853 /*
3854  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3855  * killer is consider as the only way to move forward.
3856  */
3857 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3858
3859 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3860 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3861 static struct page *
3862 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3863                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3864                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3865 {
3866         struct page *page = NULL;
3867         unsigned long pflags;
3868         unsigned int noreclaim_flag;
3869
3870         if (!order)
3871                 return NULL;
3872
3873         psi_memstall_enter(&pflags);
3874         delayacct_compact_start();
3875         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3876
3877         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3878                                                                 prio, &page);
3879
3880         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3881         psi_memstall_leave(&pflags);
3882         delayacct_compact_end();
3883
3884         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3885                 return NULL;
3886         /*
3887          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3888          * count a compaction stall
3889          */
3890         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3891
3892         /* Prep a captured page if available */
3893         if (page)
3894                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3895
3896         /* Try get a page from the freelist if available */
3897         if (!page)
3898                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3899
3900         if (page) {
3901                 struct zone *zone = page_zone(page);
3902
3903                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3904                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3905                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3906                 return page;
3907         }
3908
3909         /*
3910          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3911          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3912          */
3913         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3914
3915         cond_resched();
3916
3917         return NULL;
3918 }
3919
3920 static inline bool
3921 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3922                      enum compact_result compact_result,
3923                      enum compact_priority *compact_priority,
3924                      int *compaction_retries)
3925 {
3926         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3927         int min_priority;
3928         bool ret = false;
3929         int retries = *compaction_retries;
3930         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3931
3932         if (!order)
3933                 return false;
3934
3935         if (fatal_signal_pending(current))
3936                 return false;
3937
3938         /*
3939          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3940          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3941          */
3942         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3943                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3944                 goto out;
3945         }
3946
3947         /*
3948          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3949          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3950          */
3951         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3952                 /*
3953                  * !costly requests are much more important than
3954                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3955                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3956                  * costly can fail and users are ready to cope with
3957                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3958                  * need much more detailed feedback from compaction to
3959                  * make a better decision.
3960                  */
3961                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3962                         max_retries /= 4;
3963
3964                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3965                         ret = true;
3966                         goto out;
3967                 }
3968         }
3969
3970         /*
3971          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3972          */
3973         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3974                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3975
3976         if (*compact_priority > min_priority) {
3977                 (*compact_priority)--;
3978                 *compaction_retries = 0;
3979                 ret = true;
3980         }
3981 out:
3982         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3983         return ret;
3984 }
3985 #else
3986 static inline struct page *
3987 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3988                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3989                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3990 {
3991         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3992         return NULL;
3993 }
3994
3995 static inline bool
3996 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3997                      enum compact_result compact_result,
3998                      enum compact_priority *compact_priority,
3999                      int *compaction_retries)
4000 {
4001         struct zone *zone;
4002         struct zoneref *z;
4003
4004         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4005                 return false;
4006
4007         /*
4008          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
4009          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
4010          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
4011          * watermarks are OK.
4012          */
4013         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4014                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4015                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
4016                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
4017                         return true;
4018         }
4019         return false;
4020 }
4021 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
4022
4023 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
4024 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
4025         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
4026
4027 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
4028 {
4029         /* no reclaim without waiting on it */
4030         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
4031                 return false;
4032
4033         /* this guy won't enter reclaim */
4034         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4035                 return false;
4036
4037         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
4038                 return false;
4039
4040         return true;
4041 }
4042
4043 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
4044 {
4045         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
4046 }
4047
4048 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
4049 {
4050         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
4051 }
4052
4053 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
4054 {
4055         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4056
4057         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4058                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4059                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
4060
4061 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
4062                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4063                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
4064 #endif
4065
4066         }
4067 }
4068 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4069
4070 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4071 {
4072         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4073
4074         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4075                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4076                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4077         }
4078 }
4079 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4080 #endif
4081
4082 /*
4083  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4084  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4085  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4086  * embedded spin_lock.
4087  */
4088 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4089
4090 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4091 {
4092         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4093                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4094
4095         return 0;
4096 }
4097
4098 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4099 {
4100         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4101                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4102
4103         return seq;
4104 }
4105
4106 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4107 static unsigned long
4108 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4109                                         const struct alloc_context *ac)
4110 {
4111         unsigned int noreclaim_flag;
4112         unsigned long progress;
4113
4114         cond_resched();
4115
4116         /* We now go into synchronous reclaim */
4117         cpuset_memory_pressure_bump();
4118         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4119         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4120
4121         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4122                                                                 ac->nodemask);
4123
4124         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4125         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4126
4127         cond_resched();
4128
4129         return progress;
4130 }
4131
4132 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4133 static inline struct page *
4134 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4135                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4136                 unsigned long *did_some_progress)
4137 {
4138         struct page *page = NULL;
4139         unsigned long pflags;
4140         bool drained = false;
4141
4142         psi_memstall_enter(&pflags);
4143         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4144         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4145                 goto out;
4146
4147 retry:
4148         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4149
4150         /*
4151          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4152          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4153          * Shrink them and try again
4154          */
4155         if (!page && !drained) {
4156                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4157                 drain_all_pages(NULL);
4158                 drained = true;
4159                 goto retry;
4160         }
4161 out:
4162         psi_memstall_leave(&pflags);
4163
4164         return page;
4165 }
4166
4167 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4168                              const struct alloc_context *ac)
4169 {
4170         struct zoneref *z;
4171         struct zone *zone;
4172         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4173         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4174         unsigned int reclaim_order;
4175
4176         if (defrag_mode)
4177                 reclaim_order = max(order, pageblock_order);
4178         else
4179                 reclaim_order = order;
4180
4181         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4182                                         ac->nodemask) {
4183                 if (!managed_zone(zone))
4184                         continue;
4185                 if (last_pgdat == zone->zone_pgdat)
4186                         continue;
4187                 wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, reclaim_order, highest_zoneidx);
4188                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4189         }
4190 }
4191
4192 static inline unsigned int
4193 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4194 {
4195         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4196
4197         /*
4198          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
4199          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4200          * to save two branches.
4201          */
4202         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
4203         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4204
4205         /*
4206          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4207          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4208          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4209          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
4210          */
4211         alloc_flags |= (__force int)
4212                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4213
4214         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
4215                 /*
4216                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4217                  * if it can't schedule.
4218                  */
4219                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
4220                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
4221
4222                         if (order > 0)
4223                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
4224                 }
4225
4226                 /*
4227                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
4228                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
4229                  * cpuset_current_node_allowed().
4230                  */
4231                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
4232                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4233         } else if (unlikely(rt_or_dl_task(current)) && in_task())
4234                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
4235
4236         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4237
4238         if (defrag_mode)
4239                 alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
4240
4241         return alloc_flags;
4242 }
4243
4244 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4245 {
4246         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4247                 return false;
4248
4249         /*
4250          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4251          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4252          */
4253         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4254                 return false;
4255
4256         return true;
4257 }
4258
4259 /*
4260  * Distinguish requests which really need access to full memory
4261  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4262  */
4263 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4264 {
4265         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4266                 return 0;
4267         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4268                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4269         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4270                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4271         if (!in_interrupt()) {
4272                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4273                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4274                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4275                         return ALLOC_OOM;
4276         }
4277
4278         return 0;
4279 }
4280
4281 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4282 {
4283         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4284 }
4285
4286 /*
4287  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4288  * for the given allocation request.
4289  *
4290  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4291  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4292  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4293  *
4294  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4295  */
4296 static inline bool
4297 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4298                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4299                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4300 {
4301         struct zone *zone;
4302         struct zoneref *z;
4303         bool ret = false;
4304
4305         /*
4306          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4307          * their order will become available due to high fragmentation so
4308          * always increment the no progress counter for them
4309          */
4310         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4311                 *no_progress_loops = 0;
4312         else
4313                 (*no_progress_loops)++;
4314
4315         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES)
4316                 goto out;
4317
4318
4319         /*
4320          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4321          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4322          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4323          * screwed and have to go OOM.
4324          */
4325         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4326                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4327                 unsigned long available;
4328                 unsigned long reclaimable;
4329                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4330                 bool wmark;
4331
4332                 if (cpusets_enabled() &&
4333                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4334                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
4335                                 continue;
4336
4337                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4338                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4339
4340                 /*
4341                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4342                  * reclaimable pages?
4343                  */
4344                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4345                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4346                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4347                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4348                 if (wmark) {
4349                         ret = true;
4350                         break;
4351                 }
4352         }
4353
4354         /*
4355          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4356          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4357          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4358          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4359          * here rather than calling cond_resched().
4360          */
4361         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4362                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4363         else
4364                 cond_resched();
4365 out:
4366         /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4367         if (!ret)
4368                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4369
4370         return ret;
4371 }
4372
4373 static inline bool
4374 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4375 {
4376         /*
4377          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4378          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4379          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4380          * such a way the check therein was true, and then it became false
4381          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4382          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4383          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4384          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4385          * caller can deal with a violated nodemask.
4386          */
4387         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4388                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4389                 ac->nodemask = NULL;
4390                 return true;
4391         }
4392
4393         /*
4394          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4395          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4396          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4397          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4398          * retry.
4399          */
4400         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4401                 return true;
4402
4403         return false;
4404 }
4405
4406 static inline struct page *
4407 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4408                                                 struct alloc_context *ac)
4409 {
4410         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4411         bool can_compact = gfp_compaction_allowed(gfp_mask);
4412         bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
4413         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4414         struct page *page = NULL;
4415         unsigned int alloc_flags;
4416         unsigned long did_some_progress;
4417         enum compact_priority compact_priority;
4418         enum compact_result compact_result;
4419         int compaction_retries;
4420         int no_progress_loops;
4421         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4422         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4423         int reserve_flags;
4424
4425         if (unlikely(nofail)) {
4426                 /*
4427                  * We most definitely don't want callers attempting to
4428                  * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
4429                  */
4430                 WARN_ON_ONCE(order > 1);
4431                 /*
4432                  * Also we don't support __GFP_NOFAIL without __GFP_DIRECT_RECLAIM,
4433                  * otherwise, we may result in lockup.
4434                  */
4435                 WARN_ON_ONCE(!can_direct_reclaim);
4436                 /*
4437                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4438                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4439                  * for somebody to do a work for us.
4440                  */
4441                 WARN_ON_ONCE(current->flags & PF_MEMALLOC);
4442         }
4443
4444 restart:
4445         compaction_retries = 0;
4446         no_progress_loops = 0;
4447         compact_result = COMPACT_SKIPPED;
4448         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4449         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4450         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4451
4452         /*
4453          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4454          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4455          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4456          */
4457         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4458
4459         /*
4460          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4461          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4462          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4463          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4464          */
4465         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4466                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4467         if (!zonelist_zone(ac->preferred_zoneref))
4468                 goto nopage;
4469
4470         /*
4471          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4472          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4473          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4474          */
4475         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4476                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4477                                         ac->highest_zoneidx,
4478                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4479                 if (!zonelist_zone(z))
4480                         goto nopage;
4481         }
4482
4483         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4484                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4485
4486         /*
4487          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4488          * that first
4489          */
4490         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4491         if (page)
4492                 goto got_pg;
4493
4494         /*
4495          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4496          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4497          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4498          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4499          * same migratetype.
4500          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4501          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4502          */
4503         if (can_direct_reclaim && can_compact &&
4504                         (costly_order ||
4505                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4506                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4507                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4508                                                 alloc_flags, ac,
4509                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4510                                                 &compact_result);
4511                 if (page)
4512                         goto got_pg;
4513
4514                 /*
4515                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4516                  * includes some THP page fault allocations
4517                  */
4518                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4519                         /*
4520                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4521                          * failed because all zones are below low watermarks
4522                          * or is prohibited because it recently failed at this
4523                          * order, fail immediately unless the allocator has
4524                          * requested compaction and reclaim retry.
4525                          *
4526                          * Reclaim is
4527                          *  - potentially very expensive because zones are far
4528                          *    below their low watermarks or this is part of very
4529                          *    bursty high order allocations,
4530                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4531                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4532                          *    linear scan, and
4533                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4534                          *    own.
4535                          */
4536                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4537                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4538                                 goto nopage;
4539
4540                         /*
4541                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4542                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4543                          * using async compaction.
4544                          */
4545                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4546                 }
4547         }
4548
4549 retry:
4550         /*
4551          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4552          * infinite retries.
4553          */
4554         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4555             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4556                 goto restart;
4557
4558         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4559         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4560                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4561
4562         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4563         if (reserve_flags)
4564                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4565                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4566
4567         /*
4568          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4569          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4570          * user oriented.
4571          */
4572         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4573                 ac->nodemask = NULL;
4574                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4575                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4576         }
4577
4578         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4579         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4580         if (page)
4581                 goto got_pg;
4582
4583         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4584         if (!can_direct_reclaim)
4585                 goto nopage;
4586
4587         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4588         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4589                 goto nopage;
4590
4591         /* Try direct reclaim and then allocating */
4592         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4593                                                         &did_some_progress);
4594         if (page)
4595                 goto got_pg;
4596
4597         /* Try direct compaction and then allocating */
4598         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4599                                         compact_priority, &compact_result);
4600         if (page)
4601                 goto got_pg;
4602
4603         /* Do not loop if specifically requested */
4604         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4605                 goto nopage;
4606
4607         /*
4608          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4609          * __GFP_RETRY_MAYFAIL and we can compact
4610          */
4611         if (costly_order && (!can_compact ||
4612                              !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL)))
4613                 goto nopage;
4614
4615         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4616                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4617                 goto retry;
4618
4619         /*
4620          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4621          * reclaim is not able to make any progress because the current
4622          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4623          * of free memory (see __compaction_suitable)
4624          */
4625         if (did_some_progress > 0 && can_compact &&
4626                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4627                                 compact_result, &compact_priority,
4628                                 &compaction_retries))
4629                 goto retry;
4630
4631         /* Reclaim/compaction failed to prevent the fallback */
4632         if (defrag_mode && (alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)) {
4633                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
4634                 goto retry;
4635         }
4636
4637         /*
4638          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4639          * a unnecessary OOM kill.
4640          */
4641         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4642             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4643                 goto restart;
4644
4645         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4646         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4647         if (page)
4648                 goto got_pg;
4649
4650         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4651         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4652             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4653              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4654                 goto nopage;
4655
4656         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4657         if (did_some_progress) {
4658                 no_progress_loops = 0;
4659                 goto retry;
4660         }
4661
4662 nopage:
4663         /*
4664          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4665          * a unnecessary OOM kill.
4666          */
4667         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4668             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4669                 goto restart;
4670
4671         /*
4672          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4673          * we always retry
4674          */
4675         if (unlikely(nofail)) {
4676                 /*
4677                  * Lacking direct_reclaim we can't do anything to reclaim memory,
4678                  * we disregard these unreasonable nofail requests and still
4679                  * return NULL
4680                  */
4681                 if (!can_direct_reclaim)
4682                         goto fail;
4683
4684                 /*
4685                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4686                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4687                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4688                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4689                  * the situation worse.
4690                  */
4691                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4692                 if (page)
4693                         goto got_pg;
4694
4695                 cond_resched();
4696                 goto retry;
4697         }
4698 fail:
4699         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4700                         "page allocation failure: order:%u", order);
4701 got_pg:
4702         return page;
4703 }
4704
4705 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4706                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4707                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4708                 unsigned int *alloc_flags)
4709 {
4710         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4711         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4712         ac->nodemask = nodemask;
4713         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4714
4715         if (cpusets_enabled()) {
4716                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4717                 /*
4718                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4719                  * to the current task context. It means that any node ok.
4720                  */
4721                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4722                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4723                 else
4724                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4725         }
4726
4727         might_alloc(gfp_mask);
4728
4729         /*
4730          * Don't invoke should_fail logic, since it may call
4731          * get_random_u32() and printk() which need to spin_lock.
4732          */
4733         if (!(*alloc_flags & ALLOC_TRYLOCK) &&
4734             should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4735                 return false;
4736
4737         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4738
4739         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4740         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4741
4742         /*
4743          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4744          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4745          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4746          */
4747         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4748                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4749
4750         return true;
4751 }
4752
4753 /*
4754  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to an array
4755  * @gfp: GFP flags for the allocation
4756  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4757  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4758  * @nr_pages: The number of pages desired in the array
4759  * @page_array: Array to store the pages
4760  *
4761  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4762  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to the page_array.
4763  *
4764  * Note that only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4765  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4766  *
4767  * Returns the number of pages in the array.
4768  */
4769 unsigned long alloc_pages_bulk_noprof(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4770                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4771                         struct page **page_array)
4772 {
4773         struct page *page;
4774         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4775         struct zone *zone;
4776         struct zoneref *z;
4777         struct per_cpu_pages *pcp;
4778         struct list_head *pcp_list;
4779         struct alloc_context ac;
4780         gfp_t alloc_gfp;
4781         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4782         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4783
4784         /*
4785          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4786          * to be allocated before disabling IRQs.
4787          */
4788         while (nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4789                 nr_populated++;
4790
4791         /* No pages requested? */
4792         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4793                 goto out;
4794
4795         /* Already populated array? */
4796         if (unlikely(nr_pages - nr_populated == 0))
4797                 goto out;
4798
4799         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4800         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4801                 goto failed;
4802
4803         /* Use the single page allocator for one page. */
4804         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4805                 goto failed;
4806
4807 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4808         /*
4809          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4810          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4811          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4812          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4813          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4814          */
4815         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4816                 goto failed;
4817 #endif
4818
4819         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4820         gfp &= gfp_allowed_mask;
4821         alloc_gfp = gfp;
4822         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4823                 goto out;
4824         gfp = alloc_gfp;
4825
4826         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4827         z = ac.preferred_zoneref;
4828         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4829                 unsigned long mark;
4830
4831                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4832                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4833                         continue;
4834                 }
4835
4836                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != zonelist_zone(ac.preferred_zoneref) &&
4837                     zone_to_nid(zone) != zonelist_node_idx(ac.preferred_zoneref)) {
4838                         goto failed;
4839                 }
4840
4841                 cond_accept_memory(zone, 0, alloc_flags);
4842 retry_this_zone:
4843                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4844                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4845                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4846                                 alloc_flags, gfp)) {
4847                         break;
4848                 }
4849
4850                 if (cond_accept_memory(zone, 0, alloc_flags))
4851                         goto retry_this_zone;
4852
4853                 /* Try again if zone has deferred pages */
4854                 if (deferred_pages_enabled()) {
4855                         if (_deferred_grow_zone(zone, 0))
4856                                 goto retry_this_zone;
4857                 }
4858         }
4859
4860         /*
4861          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4862          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4863          */
4864         if (unlikely(!zone))
4865                 goto failed;
4866
4867         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4868         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4869         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4870         if (!pcp)
4871                 goto failed_irq;
4872
4873         /* Attempt the batch allocation */
4874         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4875         while (nr_populated < nr_pages) {
4876
4877                 /* Skip existing pages */
4878                 if (page_array[nr_populated]) {
4879                         nr_populated++;
4880                         continue;
4881                 }
4882
4883                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4884                                                                 pcp, pcp_list);
4885                 if (unlikely(!page)) {
4886                         /* Try and allocate at least one page */
4887                         if (!nr_account) {
4888                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4889                                 goto failed_irq;
4890                         }
4891                         break;
4892                 }
4893                 nr_account++;
4894
4895                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4896                 set_page_refcounted(page);
4897                 page_array[nr_populated++] = page;
4898         }
4899
4900         pcp_spin_unlock(pcp);
4901         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4902
4903         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4904         zone_statistics(zonelist_zone(ac.preferred_zoneref), zone, nr_account);
4905
4906 out:
4907         return nr_populated;
4908
4909 failed_irq:
4910         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4911
4912 failed:
4913         page = __alloc_pages_noprof(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4914         if (page)
4915                 page_array[nr_populated++] = page;
4916         goto out;
4917 }
4918 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_pages_bulk_noprof);
4919
4920 /*
4921  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4922  */
4923 struct page *__alloc_frozen_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4924                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4925 {
4926         struct page *page;
4927         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4928         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4929         struct alloc_context ac = { };
4930
4931         /*
4932          * There are several places where we assume that the order value is sane
4933          * so bail out early if the request is out of bound.
4934          */
4935         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_PAGE_ORDER, gfp))
4936                 return NULL;
4937
4938         gfp &= gfp_allowed_mask;
4939         /*
4940          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4941          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4942          * from a particular context which has been marked by
4943          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4944          * movable zones are not used during allocation.
4945          */
4946         gfp = current_gfp_context(gfp);
4947         alloc_gfp = gfp;
4948         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4949                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4950                 return NULL;
4951
4952         /*
4953          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4954          * memory until all local zones are considered.
4955          */
4956         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(zonelist_zone(ac.preferred_zoneref), gfp);
4957
4958         /* First allocation attempt */
4959         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4960         if (likely(page))
4961                 goto out;
4962
4963         alloc_gfp = gfp;
4964         ac.spread_dirty_pages = false;
4965
4966         /*
4967          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4968          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4969          */
4970         ac.nodemask = nodemask;
4971
4972         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4973
4974 out:
4975         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4976             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4977                 free_frozen_pages(page, order);
4978                 page = NULL;
4979         }
4980
4981         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4982         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4983
4984         return page;
4985 }
4986 EXPORT_SYMBOL(__alloc_frozen_pages_noprof);
4987
4988 struct page *__alloc_pages_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order,
4989                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask)
4990 {
4991         struct page *page;
4992
4993         page = __alloc_frozen_pages_noprof(gfp, order, preferred_nid, nodemask);
4994         if (page)
4995                 set_page_refcounted(page);
4996         return page;
4997 }
4998 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages_noprof);
4999
5000 struct folio *__folio_alloc_noprof(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
5001                 nodemask_t *nodemask)
5002 {
5003         struct page *page = __alloc_pages_noprof(gfp | __GFP_COMP, order,
5004                                         preferred_nid, nodemask);
5005         return page_rmappable_folio(page);
5006 }
5007 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc_noprof);
5008
5009 /*
5010  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
5011  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
5012  * you need to access high mem.
5013  */
5014 unsigned long get_free_pages_noprof(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
5015 {
5016         struct page *page;
5017
5018         page = alloc_pages_noprof(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
5019         if (!page)
5020                 return 0;
5021         return (unsigned long) page_address(page);
5022 }
5023 EXPORT_SYMBOL(get_free_pages_noprof);
5024
5025 unsigned long get_zeroed_page_noprof(gfp_t gfp_mask)
5026 {
5027         return get_free_pages_noprof(gfp_mask | __GFP_ZERO, 0);
5028 }
5029 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page_noprof);
5030
5031 /**
5032  * ___free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
5033  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
5034  * @order: The order of the allocation.
5035  * @fpi_flags: Free Page Internal flags.
5036  *
5037  * This function can free multi-page allocations that are not compound
5038  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
5039  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
5040  * than was allocated will probably emit a warning.
5041  *
5042  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
5043  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
5044  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
5045  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
5046  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
5047  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
5048  *
5049  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
5050  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
5051  */
5052 static void ___free_pages(struct page *page, unsigned int order,
5053                           fpi_t fpi_flags)
5054 {
5055         /* get PageHead before we drop reference */
5056         int head = PageHead(page);
5057         /* get alloc tag in case the page is released by others */
5058         struct alloc_tag *tag = pgalloc_tag_get(page);
5059
5060         if (put_page_testzero(page))
5061                 __free_frozen_pages(page, order, fpi_flags);
5062         else if (!head) {
5063                 pgalloc_tag_sub_pages(tag, (1 << order) - 1);
5064                 while (order-- > 0)
5065                         __free_frozen_pages(page + (1 << order), order,
5066                                             fpi_flags);
5067         }
5068 }
5069 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
5070 {
5071         ___free_pages(page, order, FPI_NONE);
5072 }
5073 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
5074
5075 /*
5076  * Can be called while holding raw_spin_lock or from IRQ and NMI for any
5077  * page type (not only those that came from alloc_pages_nolock)
5078  */
5079 void free_pages_nolock(struct page *page, unsigned int order)
5080 {
5081         ___free_pages(page, order, FPI_TRYLOCK);
5082 }
5083
5084 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
5085 {
5086         if (addr != 0) {
5087                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
5088                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
5089         }
5090 }
5091
5092 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
5093
5094 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5095                 size_t size)
5096 {
5097         if (addr) {
5098                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5099                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5100                 struct page *last = page + nr;
5101
5102                 split_page_owner(page, order, 0);
5103                 pgalloc_tag_split(page_folio(page), order, 0);
5104                 split_page_memcg(page, order);
5105                 while (page < --last)
5106                         set_page_refcounted(last);
5107
5108                 last = page + (1UL << order);
5109                 for (page += nr; page < last; page++)
5110                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5111         }
5112         return (void *)addr;
5113 }
5114
5115 /**
5116  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5117  * @size: the number of bytes to allocate
5118  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5119  *
5120  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5121  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5122  * allocate memory in power-of-two pages.
5123  *
5124  * This function is also limited by MAX_PAGE_ORDER.
5125  *
5126  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5127  *
5128  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5129  */
5130 void *alloc_pages_exact_noprof(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5131 {
5132         unsigned int order = get_order(size);
5133         unsigned long addr;
5134
5135         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5136                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5137
5138         addr = get_free_pages_noprof(gfp_mask, order);
5139         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5140 }
5141 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact_noprof);
5142
5143 /**
5144  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5145  *                         pages on a node.
5146  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5147  * @size: the number of bytes to allocate
5148  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5149  *
5150  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5151  * back.
5152  *
5153  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5154  */
5155 void * __meminit alloc_pages_exact_nid_noprof(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5156 {
5157         unsigned int order = get_order(size);
5158         struct page *p;
5159
5160         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5161                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5162
5163         p = alloc_pages_node_noprof(nid, gfp_mask, order);
5164         if (!p)
5165                 return NULL;
5166         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5167 }
5168
5169 /**
5170  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5171  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5172  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5173  *
5174  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5175  */
5176 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5177 {
5178         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5179         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5180
5181         while (addr < end) {
5182                 free_page(addr);
5183                 addr += PAGE_SIZE;
5184         }
5185 }
5186 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5187
5188 /**
5189  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5190  * @offset: The zone index of the highest zone
5191  *
5192  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5193  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5194  * zone, the number of pages is calculated as:
5195  *
5196  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5197  *
5198  * Return: number of pages beyond high watermark.
5199  */
5200 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5201 {
5202         struct zoneref *z;
5203         struct zone *zone;
5204
5205         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5206         unsigned long sum = 0;
5207
5208         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5209
5210         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5211                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5212                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5213                 if (size > high)
5214                         sum += size - high;
5215         }
5216
5217         return sum;
5218 }
5219
5220 /**
5221  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5222  *
5223  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5224  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5225  *
5226  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5227  * ZONE_NORMAL.
5228  */
5229 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5230 {
5231         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5232 }
5233 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5234
5235 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5236 {
5237         zoneref->zone = zone;
5238         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5239 }
5240
5241 /*
5242  * Builds allocation fallback zone lists.
5243  *
5244  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5245  */
5246 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5247 {
5248         struct zone *zone;
5249         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5250         int nr_zones = 0;
5251
5252         do {
5253                 zone_type--;
5254                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5255                 if (populated_zone(zone)) {
5256                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5257                         check_highest_zone(zone_type);
5258                 }
5259         } while (zone_type);
5260
5261         return nr_zones;
5262 }
5263
5264 #ifdef CONFIG_NUMA
5265
5266 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5267 {
5268         /*
5269          * We used to support different zonelists modes but they turned
5270          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5271          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5272          * not fail it silently
5273          */
5274         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5275                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5276                 return -EINVAL;
5277         }
5278         return 0;
5279 }
5280
5281 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
5282 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
5283 /*
5284  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5285  */
5286 static int numa_zonelist_order_handler(const struct ctl_table *table, int write,
5287                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5288 {
5289         if (write)
5290                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5291         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5292 }
5293
5294 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5295
5296 /**
5297  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5298  * @node: node whose fallback list we're appending
5299  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5300  *
5301  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5302  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5303  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5304  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5305  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5306  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5307  * on them otherwise.
5308  *
5309  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5310  */
5311 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5312 {
5313         int n, val;
5314         int min_val = INT_MAX;
5315         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5316
5317         /*
5318          * Use the local node if we haven't already, but for memoryless local
5319          * node, we should skip it and fall back to other nodes.
5320          */
5321         if (!node_isset(node, *used_node_mask) && node_state(node, N_MEMORY)) {
5322                 node_set(node, *used_node_mask);
5323                 return node;
5324         }
5325
5326         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5327
5328                 /* Don't want a node to appear more than once */
5329                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5330                         continue;
5331
5332                 /* Use the distance array to find the distance */
5333                 val = node_distance(node, n);
5334
5335                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5336                 val += (n < node);
5337
5338                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5339                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5340                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5341
5342                 /* Slight preference for less loaded node */
5343                 val *= MAX_NUMNODES;
5344                 val += node_load[n];
5345
5346                 if (val < min_val) {
5347                         min_val = val;
5348                         best_node = n;
5349                 }
5350         }
5351
5352         if (best_node >= 0)
5353                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5354
5355         return best_node;
5356 }
5357
5358
5359 /*
5360  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5361  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5362  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5363  */
5364 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5365                 unsigned nr_nodes)
5366 {
5367         struct zoneref *zonerefs;
5368         int i;
5369
5370         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5371
5372         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5373                 int nr_zones;
5374
5375                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5376
5377                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5378                 zonerefs += nr_zones;
5379         }
5380         zonerefs->zone = NULL;
5381         zonerefs->zone_idx = 0;
5382 }
5383
5384 /*
5385  * Build __GFP_THISNODE zonelists
5386  */
5387 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5388 {
5389         struct zoneref *zonerefs;
5390         int nr_zones;
5391
5392         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5393         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5394         zonerefs += nr_zones;
5395         zonerefs->zone = NULL;
5396         zonerefs->zone_idx = 0;
5397 }
5398
5399 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5400 {
5401         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5402         int node, nr_nodes = 0;
5403         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5404         int local_node, prev_node;
5405
5406         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5407         local_node = pgdat->node_id;
5408         prev_node = local_node;
5409
5410         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5411         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5412                 /*
5413                  * We don't want to pressure a particular node.
5414                  * So adding penalty to the first node in same
5415                  * distance group to make it round-robin.
5416                  */
5417                 if (node_distance(local_node, node) !=
5418                     node_distance(local_node, prev_node))
5419                         node_load[node] += 1;
5420
5421                 node_order[nr_nodes++] = node;
5422                 prev_node = node;
5423         }
5424
5425         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5426         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5427         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5428         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5429                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5430         pr_cont("\n");
5431 }
5432
5433 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5434 /*
5435  * Return node id of node used for "local" allocations.
5436  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5437  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5438  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5439  */
5440 int local_memory_node(int node)
5441 {
5442         struct zoneref *z;
5443
5444         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5445                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5446                                    NULL);
5447         return zonelist_node_idx(z);
5448 }
5449 #endif
5450
5451 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5452 static void setup_min_slab_ratio(void);
5453 #else   /* CONFIG_NUMA */
5454
5455 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5456 {
5457         struct zoneref *zonerefs;
5458         int nr_zones;
5459
5460         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5461         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5462         zonerefs += nr_zones;
5463
5464         zonerefs->zone = NULL;
5465         zonerefs->zone_idx = 0;
5466 }
5467
5468 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5469
5470 /*
5471  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5472  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5473  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5474  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5475  * with interrupts disabled.
5476  *
5477  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5478  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5479  * hotplugged processors.
5480  *
5481  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5482  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5483  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5484  */
5485 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5486 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5487 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5488 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5489 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5490 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5491
5492 static void __build_all_zonelists(void *data)
5493 {
5494         int nid;
5495         int __maybe_unused cpu;
5496         pg_data_t *self = data;
5497         unsigned long flags;
5498
5499         /*
5500          * The zonelist_update_seq must be acquired with irqsave because the
5501          * reader can be invoked from IRQ with GFP_ATOMIC.
5502          */
5503         write_seqlock_irqsave(&zonelist_update_seq, flags);
5504         /*
5505          * Also disable synchronous printk() to prevent any printk() from
5506          * trying to hold port->lock, for
5507          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5508          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5509          */
5510         printk_deferred_enter();
5511
5512 #ifdef CONFIG_NUMA
5513         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5514 #endif
5515
5516         /*
5517          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5518          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5519          */
5520         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5521                 build_zonelists(self);
5522         } else {
5523                 /*
5524                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5525                  * in free_area_init
5526                  */
5527                 for_each_node(nid) {
5528                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5529
5530                         build_zonelists(pgdat);
5531                 }
5532
5533 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5534                 /*
5535                  * We now know the "local memory node" for each node--
5536                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5537                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5538                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5539                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5540                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5541                  */
5542                 for_each_online_cpu(cpu)
5543                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5544 #endif
5545         }
5546
5547         printk_deferred_exit();
5548         write_sequnlock_irqrestore(&zonelist_update_seq, flags);
5549 }
5550
5551 static noinline void __init
5552 build_all_zonelists_init(void)
5553 {
5554         int cpu;
5555
5556         __build_all_zonelists(NULL);
5557
5558         /*
5559          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5560          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5561          * each zone will be allocated later when the per cpu
5562          * allocator is available.
5563          *
5564          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5565          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5566          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5567          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5568          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5569          * (a chicken-egg dilemma).
5570          */
5571         for_each_possible_cpu(cpu)
5572                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5573
5574         mminit_verify_zonelist();
5575         cpuset_init_current_mems_allowed();
5576 }
5577
5578 /*
5579  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5580  *
5581  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5582  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5583  */
5584 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5585 {
5586         unsigned long vm_total_pages;
5587
5588         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5589                 build_all_zonelists_init();
5590         } else {
5591                 __build_all_zonelists(pgdat);
5592                 /* cpuset refresh routine should be here */
5593         }
5594         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5595         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5596         /*
5597          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5598          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5599          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5600          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5601          * disabled and enable it later
5602          */
5603         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5604                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5605         else
5606                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5607
5608         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5609                 nr_online_nodes,
5610                 str_off_on(page_group_by_mobility_disabled),
5611                 vm_total_pages);
5612 #ifdef CONFIG_NUMA
5613         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5614 #endif
5615 }
5616
5617 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5618 {
5619 #ifdef CONFIG_MMU
5620         int batch;
5621
5622         /*
5623          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5624          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5625          * size is striking a balance between allocation latency
5626          * and zone lock contention.
5627          */
5628         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5629         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5630         if (batch < 1)
5631                 batch = 1;
5632
5633         /*
5634          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5635          * of 2 value was found to be more likely to have
5636          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5637          *
5638          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5639          * batches of pages, one task can end up with a lot
5640          * of pages of one half of the possible page colors
5641          * and the other with pages of the other colors.
5642          */
5643         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5644
5645         return batch;
5646
5647 #else
5648         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5649          * conditions.
5650          *
5651          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5652          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5653          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5654          *
5655          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5656          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5657          * can be a significant delay between the individual batches being
5658          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5659          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5660          */
5661         return 0;
5662 #endif
5663 }
5664
5665 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5666 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online,
5667                          int high_fraction)
5668 {
5669 #ifdef CONFIG_MMU
5670         int high;
5671         int nr_split_cpus;
5672         unsigned long total_pages;
5673
5674         if (!high_fraction) {
5675                 /*
5676                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5677                  * low watermark so that if they are full then background
5678                  * reclaim will not be started prematurely.
5679                  */
5680                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5681         } else {
5682                 /*
5683                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5684                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5685                  * zone.
5686                  */
5687                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / high_fraction;
5688         }
5689
5690         /*
5691          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5692          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5693          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5694          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split the high value
5695          * across all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5696          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5697          */
5698         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5699         if (!nr_split_cpus)
5700                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5701         high = total_pages / nr_split_cpus;
5702
5703         /*
5704          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5705          * historical relationship between high and batch.
5706          */
5707         high = max(high, batch << 2);
5708
5709         return high;
5710 #else
5711         return 0;
5712 #endif
5713 }
5714
5715 /*
5716  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5717  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5718  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5719  *
5720  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5721  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5722  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5723  * store tearing. Any new users of pcp->batch, pcp->high_min and pcp->high_max
5724  * should ensure they can cope with those fields changing asynchronously, and
5725  * fully trust only the pcp->count field on the local CPU with interrupts
5726  * disabled.
5727  *
5728  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5729  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5730  * exist).
5731  */
5732 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high_min,
5733                            unsigned long high_max, unsigned long batch)
5734 {
5735         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5736         WRITE_ONCE(pcp->high_min, high_min);
5737         WRITE_ONCE(pcp->high_max, high_max);
5738 }
5739
5740 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5741 {
5742         int pindex;
5743
5744         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5745         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5746
5747         spin_lock_init(&pcp->lock);
5748         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5749                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5750
5751         /*
5752          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5753          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5754          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5755          * pageset yet.
5756          */
5757         pcp->high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5758         pcp->high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5759         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5760         pcp->free_count = 0;
5761 }
5762
5763 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high_min,
5764                                               unsigned long high_max, unsigned long batch)
5765 {
5766         struct per_cpu_pages *pcp;
5767         int cpu;
5768
5769         for_each_possible_cpu(cpu) {
5770                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5771                 pageset_update(pcp, high_min, high_max, batch);
5772         }
5773 }
5774
5775 /*
5776  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5777  * zone based on the zone's size.
5778  */
5779 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5780 {
5781         int new_high_min, new_high_max, new_batch;
5782
5783         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5784         if (percpu_pagelist_high_fraction) {
5785                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5786                                              percpu_pagelist_high_fraction);
5787                 /*
5788                  * PCP high is tuned manually, disable auto-tuning via
5789                  * setting high_min and high_max to the manual value.
5790                  */
5791                 new_high_max = new_high_min;
5792         } else {
5793                 new_high_min = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online, 0);
5794                 new_high_max = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online,
5795                                              MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION);
5796         }
5797
5798         if (zone->pageset_high_min == new_high_min &&
5799             zone->pageset_high_max == new_high_max &&
5800             zone->pageset_batch == new_batch)
5801                 return;
5802
5803         zone->pageset_high_min = new_high_min;
5804         zone->pageset_high_max = new_high_max;
5805         zone->pageset_batch = new_batch;
5806
5807         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high_min, new_high_max,
5808                                           new_batch);
5809 }
5810
5811 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5812 {
5813         int cpu;
5814
5815         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5816         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5817                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5818
5819         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5820         for_each_possible_cpu(cpu) {
5821                 struct per_cpu_pages *pcp;
5822                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5823
5824                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5825                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5826                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5827         }
5828
5829         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5830 }
5831
5832 /*
5833  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5834  * page high values need to be recalculated.
5835  */
5836 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5837 {
5838         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5839         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5840         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5841 }
5842
5843 static void zone_pcp_update_cacheinfo(struct zone *zone, unsigned int cpu)
5844 {
5845         struct per_cpu_pages *pcp;
5846         struct cpu_cacheinfo *cci;
5847
5848         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5849         cci = get_cpu_cacheinfo(cpu);
5850         /*
5851          * If data cache slice of CPU is large enough, "pcp->batch"
5852          * pages can be preserved in PCP before draining PCP for
5853          * consecutive high-order pages freeing without allocation.
5854          * This can reduce zone lock contention without hurting
5855          * cache-hot pages sharing.
5856          */
5857         spin_lock(&pcp->lock);
5858         if ((cci->per_cpu_data_slice_size >> PAGE_SHIFT) > 3 * pcp->batch)
5859                 pcp->flags |= PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5860         else
5861                 pcp->flags &= ~PCPF_FREE_HIGH_BATCH;
5862         spin_unlock(&pcp->lock);
5863 }
5864
5865 void setup_pcp_cacheinfo(unsigned int cpu)
5866 {
5867         struct zone *zone;
5868
5869         for_each_populated_zone(zone)
5870                 zone_pcp_update_cacheinfo(zone, cpu);
5871 }
5872
5873 /*
5874  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5875  * Before this call only boot pagesets were available.
5876  */
5877 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5878 {
5879         struct pglist_data *pgdat;
5880         struct zone *zone;
5881         int __maybe_unused cpu;
5882
5883         for_each_populated_zone(zone)
5884                 setup_zone_pageset(zone);
5885
5886 #ifdef CONFIG_NUMA
5887         /*
5888          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5889          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5890          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5891          * the nodes these zones are associated with.
5892          */
5893         for_each_possible_cpu(cpu) {
5894                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5895                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5896                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5897         }
5898 #endif
5899
5900         for_each_online_pgdat(pgdat)
5901                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5902                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5903 }
5904
5905 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5906 {
5907         /*
5908          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5909          * relies on the ability of the linker to provide the
5910          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5911          */
5912         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5913         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5914         zone->pageset_high_min = BOOT_PAGESET_HIGH;
5915         zone->pageset_high_max = BOOT_PAGESET_HIGH;
5916         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5917
5918         if (populated_zone(zone))
5919                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5920                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5921 }
5922
5923 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void);
5924
5925 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5926 {
5927         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5928         totalram_pages_add(count);
5929         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5930 }
5931 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5932
5933 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5934 {
5935         void *pos;
5936         unsigned long pages = 0;
5937
5938         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5939         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5940         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5941                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5942                 void *direct_map_addr;
5943
5944                 /*
5945                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5946                  * because some architectures' virt_to_page()
5947                  * work with aliases.  Getting the direct map
5948                  * address ensures that we get a _writeable_
5949                  * alias for the memset().
5950                  */
5951                 direct_map_addr = page_address(page);
5952                 /*
5953                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5954                  * has not been initialized.
5955                  */
5956                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5957                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5958                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5959
5960                 free_reserved_page(page);
5961         }
5962
5963         if (pages && s)
5964                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5965
5966         return pages;
5967 }
5968
5969 void free_reserved_page(struct page *page)
5970 {
5971         clear_page_tag_ref(page);
5972         ClearPageReserved(page);
5973         init_page_count(page);
5974         __free_page(page);
5975         adjust_managed_page_count(page, 1);
5976 }
5977 EXPORT_SYMBOL(free_reserved_page);
5978
5979 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5980 {
5981         struct zone *zone;
5982
5983         lru_add_drain_cpu(cpu);
5984         mlock_drain_remote(cpu);
5985         drain_pages(cpu);
5986
5987         /*
5988          * Spill the event counters of the dead processor
5989          * into the current processors event counters.
5990          * This artificially elevates the count of the current
5991          * processor.
5992          */
5993         vm_events_fold_cpu(cpu);
5994
5995         /*
5996          * Zero the differential counters of the dead processor
5997          * so that the vm statistics are consistent.
5998          *
5999          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6000          * race with what we are doing.
6001          */
6002         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6003
6004         for_each_populated_zone(zone)
6005                 zone_pcp_update(zone, 0);
6006
6007         return 0;
6008 }
6009
6010 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
6011 {
6012         struct zone *zone;
6013
6014         for_each_populated_zone(zone)
6015                 zone_pcp_update(zone, 1);
6016         return 0;
6017 }
6018
6019 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
6020 {
6021         int ret;
6022
6023         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
6024                                         "mm/page_alloc:pcp",
6025                                         page_alloc_cpu_online,
6026                                         page_alloc_cpu_dead);
6027         WARN_ON(ret < 0);
6028 }
6029
6030 /*
6031  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6032  *      or min_free_kbytes changes.
6033  */
6034 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6035 {
6036         struct pglist_data *pgdat;
6037         unsigned long reserve_pages = 0;
6038         enum zone_type i, j;
6039
6040         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6041
6042                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6043
6044                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6045                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6046                         long max = 0;
6047                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
6048
6049                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6050                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6051                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6052                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6053                         }
6054
6055                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6056                         max += high_wmark_pages(zone);
6057
6058                         if (max > managed_pages)
6059                                 max = managed_pages;
6060
6061                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6062
6063                         reserve_pages += max;
6064                 }
6065         }
6066         totalreserve_pages = reserve_pages;
6067         trace_mm_calculate_totalreserve_pages(totalreserve_pages);
6068 }
6069
6070 /*
6071  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6072  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6073  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6074  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6075  */
6076 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6077 {
6078         struct pglist_data *pgdat;
6079         enum zone_type i, j;
6080
6081         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6082                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
6083                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
6084                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
6085                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
6086                         unsigned long managed_pages = 0;
6087
6088                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6089                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
6090
6091                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
6092
6093                                 if (clear)
6094                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6095                                 else
6096                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
6097                                 trace_mm_setup_per_zone_lowmem_reserve(zone, upper_zone,
6098                                                                        zone->lowmem_reserve[j]);
6099                         }
6100                 }
6101         }
6102
6103         /* update totalreserve_pages */
6104         calculate_totalreserve_pages();
6105 }
6106
6107 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6108 {
6109         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6110         unsigned long lowmem_pages = 0;
6111         struct zone *zone;
6112         unsigned long flags;
6113
6114         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM and !ZONE_MOVABLE pages */
6115         for_each_zone(zone) {
6116                 if (!is_highmem(zone) && zone_idx(zone) != ZONE_MOVABLE)
6117                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
6118         }
6119
6120         for_each_zone(zone) {
6121                 u64 tmp;
6122
6123                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6124                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
6125                 tmp = div64_ul(tmp, lowmem_pages);
6126                 if (is_highmem(zone) || zone_idx(zone) == ZONE_MOVABLE) {
6127                         /*
6128                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6129                          * need highmem and movable zones pages, so cap pages_min
6130                          * to a small  value here.
6131                          *
6132                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6133                          * deltas control async page reclaim, and so should
6134                          * not be capped for highmem and movable zones.
6135                          */
6136                         unsigned long min_pages;
6137
6138                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6139                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6140                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6141                 } else {
6142                         /*
6143                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6144                          * proportionate to the zone's size.
6145                          */
6146                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6147                 }
6148
6149                 /*
6150                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6151                  * scale factor in proportion to available memory, but
6152                  * ensure a minimum size on small systems.
6153                  */
6154                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6155                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
6156                                       watermark_scale_factor, 10000));
6157
6158                 zone->watermark_boost = 0;
6159                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6160                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
6161                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
6162                 trace_mm_setup_per_zone_wmarks(zone);
6163
6164                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6165         }
6166
6167         /* update totalreserve_pages */
6168         calculate_totalreserve_pages();
6169 }
6170
6171 /**
6172  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6173  * or when memory is hot-{added|removed}
6174  *
6175  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6176  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6177  */
6178 void setup_per_zone_wmarks(void)
6179 {
6180         struct zone *zone;
6181         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6182
6183         spin_lock(&lock);
6184         __setup_per_zone_wmarks();
6185         spin_unlock(&lock);
6186
6187         /*
6188          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
6189          * and high limits or the limits may be inappropriate.
6190          */
6191         for_each_zone(zone)
6192                 zone_pcp_update(zone, 0);
6193 }
6194
6195 /*
6196  * Initialise min_free_kbytes.
6197  *
6198  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6199  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6200  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6201  *
6202  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6203  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6204  *
6205  * which yields
6206  *
6207  * 16MB:        512k
6208  * 32MB:        724k
6209  * 64MB:        1024k
6210  * 128MB:       1448k
6211  * 256MB:       2048k
6212  * 512MB:       2896k
6213  * 1024MB:      4096k
6214  * 2048MB:      5792k
6215  * 4096MB:      8192k
6216  * 8192MB:      11584k
6217  * 16384MB:     16384k
6218  */
6219 void calculate_min_free_kbytes(void)
6220 {
6221         unsigned long lowmem_kbytes;
6222         int new_min_free_kbytes;
6223
6224         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6225         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6226
6227         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6228                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6229         else
6230                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6231                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6232
6233 }
6234
6235 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6236 {
6237         calculate_min_free_kbytes();
6238         setup_per_zone_wmarks();
6239         refresh_zone_stat_thresholds();
6240         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6241
6242 #ifdef CONFIG_NUMA
6243         setup_min_unmapped_ratio();
6244         setup_min_slab_ratio();
6245 #endif
6246
6247         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6248
6249         return 0;
6250 }
6251 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6252
6253 /*
6254  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6255  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6256  *      changes.
6257  */
6258 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(const struct ctl_table *table, int write,
6259                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6260 {
6261         int rc;
6262
6263         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6264         if (rc)
6265                 return rc;
6266
6267         if (write) {
6268                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6269                 setup_per_zone_wmarks();
6270         }
6271         return 0;
6272 }
6273
6274 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(const struct ctl_table *table, int write,
6275                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6276 {
6277         int rc;
6278
6279         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6280         if (rc)
6281                 return rc;
6282
6283         if (write)
6284                 setup_per_zone_wmarks();
6285
6286         return 0;
6287 }
6288
6289 #ifdef CONFIG_NUMA
6290 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6291 {
6292         pg_data_t *pgdat;
6293         struct zone *zone;
6294
6295         for_each_online_pgdat(pgdat)
6296                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6297
6298         for_each_zone(zone)
6299                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6300                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6301 }
6302
6303
6304 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(const struct ctl_table *table, int write,
6305                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6306 {
6307         int rc;
6308
6309         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6310         if (rc)
6311                 return rc;
6312
6313         setup_min_unmapped_ratio();
6314
6315         return 0;
6316 }
6317
6318 static void setup_min_slab_ratio(void)
6319 {
6320         pg_data_t *pgdat;
6321         struct zone *zone;
6322
6323         for_each_online_pgdat(pgdat)
6324                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6325
6326         for_each_zone(zone)
6327                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6328                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6329 }
6330
6331 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(const struct ctl_table *table, int write,
6332                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6333 {
6334         int rc;
6335
6336         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6337         if (rc)
6338                 return rc;
6339
6340         setup_min_slab_ratio();
6341
6342         return 0;
6343 }
6344 #endif
6345
6346 /*
6347  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6348  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6349  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6350  *
6351  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6352  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6353  * if in function of the boot time zone sizes.
6354  */
6355 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(const struct ctl_table *table,
6356                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6357 {
6358         int i;
6359
6360         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6361
6362         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6363                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6364                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6365         }
6366
6367         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6368         return 0;
6369 }
6370
6371 /*
6372  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6373  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6374  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6375  */
6376 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(const struct ctl_table *table,
6377                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6378 {
6379         struct zone *zone;
6380         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6381         int ret;
6382
6383         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6384         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6385
6386         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6387         if (!write || ret < 0)
6388                 goto out;
6389
6390         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6391         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6392             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6393                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6394                 ret = -EINVAL;
6395                 goto out;
6396         }
6397
6398         /* No change? */
6399         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6400                 goto out;
6401
6402         for_each_populated_zone(zone)
6403                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6404 out:
6405         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6406         return ret;
6407 }
6408
6409 static const struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
6410         {
6411                 .procname       = "min_free_kbytes",
6412                 .data           = &min_free_kbytes,
6413                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
6414                 .mode           = 0644,
6415                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
6416                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6417         },
6418         {
6419                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6420                 .data           = &watermark_boost_factor,
6421                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6422                 .mode           = 0644,
6423                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6424                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6425         },
6426         {
6427                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6428                 .data           = &watermark_scale_factor,
6429                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6430                 .mode           = 0644,
6431                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6432                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6433                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6434         },
6435         {
6436                 .procname       = "defrag_mode",
6437                 .data           = &defrag_mode,
6438                 .maxlen         = sizeof(defrag_mode),
6439                 .mode           = 0644,
6440                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6441                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6442                 .extra2         = SYSCTL_ONE,
6443         },
6444         {
6445                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6446                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6447                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6448                 .mode           = 0644,
6449                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6450                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6451         },
6452         {
6453                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6454                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6455                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6456                 .mode           = 0644,
6457                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6458         },
6459 #ifdef CONFIG_NUMA
6460         {
6461                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6462                 .data           = &numa_zonelist_order,
6463                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6464                 .mode           = 0644,
6465                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6466         },
6467         {
6468                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6469                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6470                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6471                 .mode           = 0644,
6472                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6473                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6474                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6475         },
6476         {
6477                 .procname       = "min_slab_ratio",
6478                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6479                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6480                 .mode           = 0644,
6481                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6482                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6483                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6484         },
6485 #endif
6486 };
6487
6488 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6489 {
6490         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6491 }
6492
6493 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6494 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6495 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6496 {
6497         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6498
6499         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6500                 struct page *page;
6501
6502                 dump_stack();
6503                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6504                         dump_page(page, "migration failure");
6505         }
6506 }
6507
6508 /*
6509  * [start, end) must belong to a single zone.
6510  * @migratetype: using migratetype to filter the type of migration in
6511  *              trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info.
6512  */
6513 static int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6514                 unsigned long start, unsigned long end, int migratetype)
6515 {
6516         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6517         unsigned int nr_reclaimed;
6518         unsigned long pfn = start;
6519         unsigned int tries = 0;
6520         int ret = 0;
6521         struct migration_target_control mtc = {
6522                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6523                 .gfp_mask = cc->gfp_mask,
6524                 .reason = MR_CONTIG_RANGE,
6525         };
6526         struct page *page;
6527         unsigned long total_mapped = 0;
6528         unsigned long total_migrated = 0;
6529         unsigned long total_reclaimed = 0;
6530
6531         lru_cache_disable();
6532
6533         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6534                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6535                         ret = -EINTR;
6536                         break;
6537                 }
6538
6539                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6540                         cc->nr_migratepages = 0;
6541                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6542                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6543                                 break;
6544                         pfn = cc->migrate_pfn;
6545                         tries = 0;
6546                 } else if (++tries == 5) {
6547                         ret = -EBUSY;
6548                         break;
6549                 }
6550
6551                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6552                                                         &cc->migratepages);
6553                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6554
6555                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled()) {
6556                         total_reclaimed += nr_reclaimed;
6557                         list_for_each_entry(page, &cc->migratepages, lru) {
6558                                 struct folio *folio = page_folio(page);
6559
6560                                 total_mapped += folio_mapped(folio) *
6561                                                 folio_nr_pages(folio);
6562                         }
6563                 }
6564
6565                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6566                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6567
6568                 if (trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info_enabled() && !ret)
6569                         total_migrated += cc->nr_migratepages;
6570
6571                 /*
6572                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6573                  * to retry again over this error, so do the same here.
6574                  */
6575                 if (ret == -ENOMEM)
6576                         break;
6577         }
6578
6579         lru_cache_enable();
6580         if (ret < 0) {
6581                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6582                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6583                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6584         }
6585
6586         trace_mm_alloc_contig_migrate_range_info(start, end, migratetype,
6587                                                  total_migrated,
6588                                                  total_reclaimed,
6589                                                  total_mapped);
6590         return (ret < 0) ? ret : 0;
6591 }
6592
6593 static void split_free_pages(struct list_head *list, gfp_t gfp_mask)
6594 {
6595         int order;
6596
6597         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
6598                 struct page *page, *next;
6599                 int nr_pages = 1 << order;
6600
6601                 list_for_each_entry_safe(page, next, &list[order], lru) {
6602                         int i;
6603
6604                         post_alloc_hook(page, order, gfp_mask);
6605                         set_page_refcounted(page);
6606                         if (!order)
6607                                 continue;
6608
6609                         split_page(page, order);
6610
6611                         /* Add all subpages to the order-0 head, in sequence. */
6612                         list_del(&page->lru);
6613                         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
6614                                 list_add_tail(&page[i].lru, &list[0]);
6615                 }
6616         }
6617 }
6618
6619 static int __alloc_contig_verify_gfp_mask(gfp_t gfp_mask, gfp_t *gfp_cc_mask)
6620 {
6621         const gfp_t reclaim_mask = __GFP_IO | __GFP_FS | __GFP_RECLAIM;
6622         const gfp_t action_mask = __GFP_COMP | __GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_NOWARN |
6623                                   __GFP_ZERO | __GFP_ZEROTAGS | __GFP_SKIP_ZERO;
6624         const gfp_t cc_action_mask = __GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_NOWARN;
6625
6626         /*
6627          * We are given the range to allocate; node, mobility and placement
6628          * hints are irrelevant at this point. We'll simply ignore them.
6629          */
6630         gfp_mask &= ~(GFP_ZONEMASK | __GFP_RECLAIMABLE | __GFP_WRITE |
6631                       __GFP_HARDWALL | __GFP_THISNODE | __GFP_MOVABLE);
6632
6633         /*
6634          * We only support most reclaim flags (but not NOFAIL/NORETRY), and
6635          * selected action flags.
6636          */
6637         if (gfp_mask & ~(reclaim_mask | action_mask))
6638                 return -EINVAL;
6639
6640         /*
6641          * Flags to control page compaction/migration/reclaim, to free up our
6642          * page range. Migratable pages are movable, __GFP_MOVABLE is implied
6643          * for them.
6644          *
6645          * Traditionally we always had __GFP_RETRY_MAYFAIL set, keep doing that
6646          * to not degrade callers.
6647          */
6648         *gfp_cc_mask = (gfp_mask & (reclaim_mask | cc_action_mask)) |
6649                         __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL;
6650         return 0;
6651 }
6652
6653 /**
6654  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6655  * @start:      start PFN to allocate
6656  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6657  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6658  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6659  *                      in range must have the same migratetype and it must
6660  *                      be either of the two.
6661  * @gfp_mask:   GFP mask. Node/zone/placement hints are ignored; only some
6662  *              action and reclaim modifiers are supported. Reclaim modifiers
6663  *              control allocation behavior during compaction/migration/reclaim.
6664  *
6665  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6666  * belong to a single zone.
6667  *
6668  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6669  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6670  * be modified by others.
6671  *
6672  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6673  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6674  * need to be freed with free_contig_range().
6675  */
6676 int alloc_contig_range_noprof(unsigned long start, unsigned long end,
6677                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6678 {
6679         unsigned long outer_start, outer_end;
6680         int ret = 0;
6681
6682         struct compact_control cc = {
6683                 .nr_migratepages = 0,
6684                 .order = -1,
6685                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6686                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6687                 .ignore_skip_hint = true,
6688                 .no_set_skip_hint = true,
6689                 .alloc_contig = true,
6690         };
6691         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6692
6693         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
6694         if (__alloc_contig_verify_gfp_mask(gfp_mask, (gfp_t *)&cc.gfp_mask))
6695                 return -EINVAL;
6696
6697         /*
6698          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6699          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6700          * have different sizes, and due to the way page allocator
6701          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6702          *
6703          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6704          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6705          * we are interested in). This will put all the pages in
6706          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6707          *
6708          * When this is done, we take the pages in range from page
6709          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6710          * page allocator will never consider using them.
6711          *
6712          * This lets us mark the pageblocks back as
6713          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6714          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6715          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6716          */
6717
6718         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0);
6719         if (ret)
6720                 goto done;
6721
6722         drain_all_pages(cc.zone);
6723
6724         /*
6725          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6726          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6727          * which will report the busy page.
6728          *
6729          * It is possible that busy pages could become available before
6730          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6731          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6732          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6733          */
6734         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end, migratetype);
6735         if (ret && ret != -EBUSY)
6736                 goto done;
6737
6738         /*
6739          * When in-use hugetlb pages are migrated, they may simply be released
6740          * back into the free hugepage pool instead of being returned to the
6741          * buddy system.  After the migration of in-use huge pages is completed,
6742          * we will invoke replace_free_hugepage_folios() to ensure that these
6743          * hugepages are properly released to the buddy system.
6744          */
6745         ret = replace_free_hugepage_folios(start, end);
6746         if (ret)
6747                 goto done;
6748
6749         /*
6750          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6751          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6752          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6753          * What we are going to do is to allocate all pages from
6754          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6755          *
6756          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6757          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6758          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6759          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6760          * once this is done free the pages we are not interested in.
6761          *
6762          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6763          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6764          */
6765         outer_start = find_large_buddy(start);
6766
6767         /* Make sure the range is really isolated. */
6768         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6769                 ret = -EBUSY;
6770                 goto done;
6771         }
6772
6773         /* Grab isolated pages from freelists. */
6774         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6775         if (!outer_end) {
6776                 ret = -EBUSY;
6777                 goto done;
6778         }
6779
6780         if (!(gfp_mask & __GFP_COMP)) {
6781                 split_free_pages(cc.freepages, gfp_mask);
6782
6783                 /* Free head and tail (if any) */
6784                 if (start != outer_start)
6785                         free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6786                 if (end != outer_end)
6787                         free_contig_range(end, outer_end - end);
6788         } else if (start == outer_start && end == outer_end && is_power_of_2(end - start)) {
6789                 struct page *head = pfn_to_page(start);
6790                 int order = ilog2(end - start);
6791
6792                 check_new_pages(head, order);
6793                 prep_new_page(head, order, gfp_mask, 0);
6794                 set_page_refcounted(head);
6795         } else {
6796                 ret = -EINVAL;
6797                 WARN(true, "PFN range: requested [%lu, %lu), allocated [%lu, %lu)\n",
6798                      start, end, outer_start, outer_end);
6799         }
6800 done:
6801         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6802         return ret;
6803 }
6804 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range_noprof);
6805
6806 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6807                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6808 {
6809         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6810
6811         return alloc_contig_range_noprof(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6812                                    gfp_mask);
6813 }
6814
6815 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6816                                    unsigned long nr_pages)
6817 {
6818         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6819         struct page *page;
6820
6821         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6822                 page = pfn_to_online_page(i);
6823                 if (!page)
6824                         return false;
6825
6826                 if (page_zone(page) != z)
6827                         return false;
6828
6829                 if (PageReserved(page))
6830                         return false;
6831
6832                 if (PageHuge(page))
6833                         return false;
6834         }
6835         return true;
6836 }
6837
6838 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6839                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6840 {
6841         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6842
6843         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6844 }
6845
6846 /**
6847  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6848  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6849  * @gfp_mask:   GFP mask. Node/zone/placement hints limit the search; only some
6850  *              action and reclaim modifiers are supported. Reclaim modifiers
6851  *              control allocation behavior during compaction/migration/reclaim.
6852  * @nid:        Target node
6853  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6854  *
6855  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6856  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6857  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6858  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6859  *
6860  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6861  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6862  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6863  *
6864  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6865  * __free_page() on each allocated page.
6866  *
6867  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6868  */
6869 struct page *alloc_contig_pages_noprof(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6870                                  int nid, nodemask_t *nodemask)
6871 {
6872         unsigned long ret, pfn, flags;
6873         struct zonelist *zonelist;
6874         struct zone *zone;
6875         struct zoneref *z;
6876
6877         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6878         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6879                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6880                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6881
6882                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6883                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6884                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6885                                 /*
6886                                  * We release the zone lock here because
6887                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6888                                  * at some point. If there's an allocation
6889                                  * spinning on this lock, it may win the race
6890                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6891                                  */
6892                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6893                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6894                                                         gfp_mask);
6895                                 if (!ret)
6896                                         return pfn_to_page(pfn);
6897                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6898                         }
6899                         pfn += nr_pages;
6900                 }
6901                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6902         }
6903         return NULL;
6904 }
6905 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6906
6907 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6908 {
6909         unsigned long count = 0;
6910         struct folio *folio = pfn_folio(pfn);
6911
6912         if (folio_test_large(folio)) {
6913                 int expected = folio_nr_pages(folio);
6914
6915                 if (nr_pages == expected)
6916                         folio_put(folio);
6917                 else
6918                         WARN(true, "PFN %lu: nr_pages %lu != expected %d\n",
6919                              pfn, nr_pages, expected);
6920                 return;
6921         }
6922
6923         for (; nr_pages--; pfn++) {
6924                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6925
6926                 count += page_count(page) != 1;
6927                 __free_page(page);
6928         }
6929         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6930 }
6931 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6932
6933 /*
6934  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6935  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6936  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6937  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6938  *
6939  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6940  */
6941 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6942 {
6943         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6944         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 0, 1);
6945         __drain_all_pages(zone, true);
6946 }
6947
6948 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6949 {
6950         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high_min,
6951                 zone->pageset_high_max, zone->pageset_batch);
6952         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6953 }
6954
6955 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6956 {
6957         int cpu;
6958         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6959
6960         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6961                 for_each_online_cpu(cpu) {
6962                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6963                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6964                 }
6965                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6966                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6967                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6968                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6969                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6970                 }
6971         }
6972 }
6973
6974 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6975 /*
6976  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6977  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6978  *
6979  * Returns the number of managed (non-PageOffline()) pages in the range: the
6980  * number of pages for which memory offlining code must adjust managed page
6981  * counters using adjust_managed_page_count().
6982  */
6983 unsigned long __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn,
6984                 unsigned long end_pfn)
6985 {
6986         unsigned long already_offline = 0, flags;
6987         unsigned long pfn = start_pfn;
6988         struct page *page;
6989         struct zone *zone;
6990         unsigned int order;
6991
6992         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6993         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6994         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6995         while (pfn < end_pfn) {
6996                 page = pfn_to_page(pfn);
6997                 /*
6998                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6999                  * page_count() is not 0.
7000                  */
7001                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7002                         pfn++;
7003                         continue;
7004                 }
7005                 /*
7006                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
7007                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
7008                  */
7009                 if (PageOffline(page)) {
7010                         BUG_ON(page_count(page));
7011                         BUG_ON(PageBuddy(page));
7012                         already_offline++;
7013                         pfn++;
7014                         continue;
7015                 }
7016
7017                 BUG_ON(page_count(page));
7018                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7019                 VM_WARN_ON(get_pageblock_migratetype(page) != MIGRATE_ISOLATE);
7020                 order = buddy_order(page);
7021                 del_page_from_free_list(page, zone, order, MIGRATE_ISOLATE);
7022                 pfn += (1 << order);
7023         }
7024         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7025
7026         return end_pfn - start_pfn - already_offline;
7027 }
7028 #endif
7029
7030 /*
7031  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
7032  */
7033 bool is_free_buddy_page(const struct page *page)
7034 {
7035         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7036         unsigned int order;
7037
7038         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
7039                 const struct page *head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7040
7041                 if (PageBuddy(head) &&
7042                     buddy_order_unsafe(head) >= order)
7043                         break;
7044         }
7045
7046         return order <= MAX_PAGE_ORDER;
7047 }
7048 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
7049
7050 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7051 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
7052                                     unsigned int order, int migratetype,
7053                                     bool tail)
7054 {
7055         __add_to_free_list(page, zone, order, migratetype, tail);
7056         account_freepages(zone, 1 << order, migratetype);
7057 }
7058
7059 /*
7060  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
7061  * buddy allocator.
7062  */
7063 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
7064                                    struct page *target, int low, int high,
7065                                    int migratetype)
7066 {
7067         unsigned long size = 1 << high;
7068         struct page *current_buddy;
7069
7070         while (high > low) {
7071                 high--;
7072                 size >>= 1;
7073
7074                 if (target >= &page[size]) {
7075                         current_buddy = page;
7076                         page = page + size;
7077                 } else {
7078                         current_buddy = page + size;
7079                 }
7080
7081                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high))
7082                         continue;
7083
7084                 add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype, false);
7085                 set_buddy_order(current_buddy, high);
7086         }
7087 }
7088
7089 /*
7090  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
7091  */
7092 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
7093 {
7094         struct zone *zone = page_zone(page);
7095         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7096         unsigned long flags;
7097         unsigned int order;
7098         bool ret = false;
7099
7100         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7101         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) {
7102                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7103                 int page_order = buddy_order(page_head);
7104
7105                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
7106                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
7107                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
7108                                                                    pfn_head);
7109
7110                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order,
7111                                                 migratetype);
7112                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
7113                                                 page_order, migratetype);
7114                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
7115                         ret = true;
7116                         break;
7117                 }
7118                 if (page_count(page_head) > 0)
7119                         break;
7120         }
7121         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7122         return ret;
7123 }
7124
7125 /*
7126  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
7127  */
7128 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
7129 {
7130         struct zone *zone = page_zone(page);
7131         unsigned long flags;
7132         bool ret = false;
7133
7134         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7135         if (put_page_testzero(page)) {
7136                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7137                 int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
7138
7139                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
7140                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
7141                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
7142                         ret = true;
7143                 }
7144         }
7145         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7146
7147         return ret;
7148 }
7149 #endif
7150
7151 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
7152 bool has_managed_dma(void)
7153 {
7154         struct pglist_data *pgdat;
7155
7156         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7157                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
7158
7159                 if (managed_zone(zone))
7160                         return true;
7161         }
7162         return false;
7163 }
7164 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
7165
7166 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
7167
7168 static bool lazy_accept = true;
7169
7170 static int __init accept_memory_parse(char *p)
7171 {
7172         if (!strcmp(p, "lazy")) {
7173                 lazy_accept = true;
7174                 return 0;
7175         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
7176                 lazy_accept = false;
7177                 return 0;
7178         } else {
7179                 return -EINVAL;
7180         }
7181 }
7182 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
7183
7184 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
7185 {
7186         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
7187
7188         return range_contains_unaccepted_memory(start, PAGE_SIZE << order);
7189 }
7190
7191 static void __accept_page(struct zone *zone, unsigned long *flags,
7192                           struct page *page)
7193 {
7194         list_del(&page->lru);
7195         account_freepages(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
7196         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
7197         __ClearPageUnaccepted(page);
7198         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, *flags);
7199
7200         accept_memory(page_to_phys(page), PAGE_SIZE << MAX_PAGE_ORDER);
7201
7202         __free_pages_ok(page, MAX_PAGE_ORDER, FPI_TO_TAIL);
7203 }
7204
7205 void accept_page(struct page *page)
7206 {
7207         struct zone *zone = page_zone(page);
7208         unsigned long flags;
7209
7210         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7211         if (!PageUnaccepted(page)) {
7212                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7213                 return;
7214         }
7215
7216         /* Unlocks zone->lock */
7217         __accept_page(zone, &flags, page);
7218 }
7219
7220 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
7221 {
7222         unsigned long flags;
7223         struct page *page;
7224
7225         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7226         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
7227                                         struct page, lru);
7228         if (!page) {
7229                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7230                 return false;
7231         }
7232
7233         /* Unlocks zone->lock */
7234         __accept_page(zone, &flags, page);
7235
7236         return true;
7237 }
7238
7239 static bool cond_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order,
7240                                int alloc_flags)
7241 {
7242         long to_accept, wmark;
7243         bool ret = false;
7244
7245         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
7246                 return false;
7247
7248         /* Bailout, since try_to_accept_memory_one() needs to take a lock */
7249         if (alloc_flags & ALLOC_TRYLOCK)
7250                 return false;
7251
7252         wmark = promo_wmark_pages(zone);
7253
7254         /*
7255          * Watermarks have not been initialized yet.
7256          *
7257          * Accepting one MAX_ORDER page to ensure progress.
7258          */
7259         if (!wmark)
7260                 return try_to_accept_memory_one(zone);
7261
7262         /* How much to accept to get to promo watermark? */
7263         to_accept = wmark -
7264                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
7265                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0) -
7266                     zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED));
7267
7268         while (to_accept > 0) {
7269                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
7270                         break;
7271                 ret = true;
7272                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
7273         }
7274
7275         return ret;
7276 }
7277
7278 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
7279 {
7280         struct zone *zone = page_zone(page);
7281         unsigned long flags;
7282
7283         if (!lazy_accept)
7284                 return false;
7285
7286         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7287         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
7288         account_freepages(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
7289         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
7290         __SetPageUnaccepted(page);
7291         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7292
7293         return true;
7294 }
7295
7296 #else
7297
7298 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
7299 {
7300         return false;
7301 }
7302
7303 static bool cond_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order,
7304                                int alloc_flags)
7305 {
7306         return false;
7307 }
7308
7309 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
7310 {
7311         BUILD_BUG();
7312         return false;
7313 }
7314
7315 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */
7316
7317 /**
7318  * alloc_pages_nolock - opportunistic reentrant allocation from any context
7319  * @nid: node to allocate from
7320  * @order: allocation order size
7321  *
7322  * Allocates pages of a given order from the given node. This is safe to
7323  * call from any context (from atomic, NMI, and also reentrant
7324  * allocator -> tracepoint -> alloc_pages_nolock_noprof).
7325  * Allocation is best effort and to be expected to fail easily so nobody should
7326  * rely on the success. Failures are not reported via warn_alloc().
7327  * See always fail conditions below.
7328  *
7329  * Return: allocated page or NULL on failure. NULL does not mean EBUSY or EAGAIN.
7330  * It means ENOMEM. There is no reason to call it again and expect !NULL.
7331  */
7332 struct page *alloc_pages_nolock_noprof(int nid, unsigned int order)
7333 {
7334         /*
7335          * Do not specify __GFP_DIRECT_RECLAIM, since direct claim is not allowed.
7336          * Do not specify __GFP_KSWAPD_RECLAIM either, since wake up of kswapd
7337          * is not safe in arbitrary context.
7338          *
7339          * These two are the conditions for gfpflags_allow_spinning() being true.
7340          *
7341          * Specify __GFP_NOWARN since failing alloc_pages_nolock() is not a reason
7342          * to warn. Also warn would trigger printk() which is unsafe from
7343          * various contexts. We cannot use printk_deferred_enter() to mitigate,
7344          * since the running context is unknown.
7345          *
7346          * Specify __GFP_ZERO to make sure that call to kmsan_alloc_page() below
7347          * is safe in any context. Also zeroing the page is mandatory for
7348          * BPF use cases.
7349          *
7350          * Though __GFP_NOMEMALLOC is not checked in the code path below,
7351          * specify it here to highlight that alloc_pages_nolock()
7352          * doesn't want to deplete reserves.
7353          */
7354         gfp_t alloc_gfp = __GFP_NOWARN | __GFP_ZERO | __GFP_NOMEMALLOC
7355                         | __GFP_ACCOUNT;
7356         unsigned int alloc_flags = ALLOC_TRYLOCK;
7357         struct alloc_context ac = { };
7358         struct page *page;
7359
7360         /*
7361          * In PREEMPT_RT spin_trylock() will call raw_spin_lock() which is
7362          * unsafe in NMI. If spin_trylock() is called from hard IRQ the current
7363          * task may be waiting for one rt_spin_lock, but rt_spin_trylock() will
7364          * mark the task as the owner of another rt_spin_lock which will
7365          * confuse PI logic, so return immediately if called form hard IRQ or
7366          * NMI.
7367          *
7368          * Note, irqs_disabled() case is ok. This function can be called
7369          * from raw_spin_lock_irqsave region.
7370          */
7371         if (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT) && (in_nmi() || in_hardirq()))
7372                 return NULL;
7373         if (!pcp_allowed_order(order))
7374                 return NULL;
7375
7376         /* Bailout, since _deferred_grow_zone() needs to take a lock */
7377         if (deferred_pages_enabled())
7378                 return NULL;
7379
7380         if (nid == NUMA_NO_NODE)
7381                 nid = numa_node_id();
7382
7383         prepare_alloc_pages(alloc_gfp, order, nid, NULL, &ac,
7384                             &alloc_gfp, &alloc_flags);
7385
7386         /*
7387          * Best effort allocation from percpu free list.
7388          * If it's empty attempt to spin_trylock zone->lock.
7389          */
7390         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
7391
7392         /* Unlike regular alloc_pages() there is no __alloc_pages_slowpath(). */
7393
7394         if (page)
7395                 set_page_refcounted(page);
7396
7397         if (memcg_kmem_online() && page &&
7398             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, alloc_gfp, order) != 0)) {
7399                 free_pages_nolock(page, order);
7400                 page = NULL;
7401         }
7402         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
7403         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
7404         return page;
7405 }