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