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