Merge tag 'linux-kselftest-kunit-6.6-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kerne...
[platform/kernel/linux-starfive.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/interrupt.h>
22 #include <linux/jiffies.h>
23 #include <linux/compiler.h>
24 #include <linux/kernel.h>
25 #include <linux/kasan.h>
26 #include <linux/kmsan.h>
27 #include <linux/module.h>
28 #include <linux/suspend.h>
29 #include <linux/ratelimit.h>
30 #include <linux/oom.h>
31 #include <linux/topology.h>
32 #include <linux/sysctl.h>
33 #include <linux/cpu.h>
34 #include <linux/cpuset.h>
35 #include <linux/memory_hotplug.h>
36 #include <linux/nodemask.h>
37 #include <linux/vmstat.h>
38 #include <linux/fault-inject.h>
39 #include <linux/compaction.h>
40 #include <trace/events/kmem.h>
41 #include <trace/events/oom.h>
42 #include <linux/prefetch.h>
43 #include <linux/mm_inline.h>
44 #include <linux/mmu_notifier.h>
45 #include <linux/migrate.h>
46 #include <linux/sched/mm.h>
47 #include <linux/page_owner.h>
48 #include <linux/page_table_check.h>
49 #include <linux/memcontrol.h>
50 #include <linux/ftrace.h>
51 #include <linux/lockdep.h>
52 #include <linux/psi.h>
53 #include <linux/khugepaged.h>
54 #include <linux/delayacct.h>
55 #include <asm/div64.h>
56 #include "internal.h"
57 #include "shuffle.h"
58 #include "page_reporting.h"
59
60 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
61 typedef int __bitwise fpi_t;
62
63 /* No special request */
64 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
65
66 /*
67  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
68  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
69  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
70  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
71  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
72  * putting it back unmodified.
73  */
74 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
75
76 /*
77  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
78  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
79  * shuffle the whole zone).
80  *
81  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
82  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
83  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
84  *       reporting).
85  */
86 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
87
88 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
89 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
90 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
91
92 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
93 /*
94  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
95  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
96  */
97 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
98 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
99 #else
100
101 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
102 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
103 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
104 #endif
105
106 /*
107  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
108  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
109  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
110  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
111  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
112  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
113  */
114 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
115 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
116 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
117 #else
118 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
119 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
120 #endif
121
122 /*
123  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
124  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
125  */
126 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
127 ({                                                                      \
128         type *_ret;                                                     \
129         pcpu_task_pin();                                                \
130         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
131         spin_lock(&_ret->member);                                       \
132         _ret;                                                           \
133 })
134
135 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
136 ({                                                                      \
137         type *_ret;                                                     \
138         pcpu_task_pin();                                                \
139         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
140         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
141                 pcpu_task_unpin();                                      \
142                 _ret = NULL;                                            \
143         }                                                               \
144         _ret;                                                           \
145 })
146
147 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
148 ({                                                                      \
149         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
150         pcpu_task_unpin();                                              \
151 })
152
153 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
154 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
155         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
156
157 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
158         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
159
160 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
161         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
162
163 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
164 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
165 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
166 #endif
167
168 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
169
170 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
171 /*
172  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
173  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
174  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
175  * defined in <linux/topology.h>.
176  */
177 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
178 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
179 #endif
180
181 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
182
183 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
184 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
185 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
186 #endif
187
188 /*
189  * Array of node states.
190  */
191 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
192         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
193         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
194 #ifndef CONFIG_NUMA
195         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
196 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
197         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
198 #endif
199         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
200         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
201 #endif  /* NUMA */
202 };
203 EXPORT_SYMBOL(node_states);
204
205 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
206
207 /*
208  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
209  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
210  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
211  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
212  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
213  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
214  */
215 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
216 {
217         return page->index;
218 }
219
220 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
221 {
222         page->index = migratetype;
223 }
224
225 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
226 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
227 #endif
228
229 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
230                             fpi_t fpi_flags);
231
232 /*
233  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
234  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
235  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
236  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
237  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
238  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
239  *
240  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
241  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
242  */
243 static int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
244 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
245         [ZONE_DMA] = 256,
246 #endif
247 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
248         [ZONE_DMA32] = 256,
249 #endif
250         [ZONE_NORMAL] = 32,
251 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
252         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
253 #endif
254         [ZONE_MOVABLE] = 0,
255 };
256
257 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
258 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
259          "DMA",
260 #endif
261 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
262          "DMA32",
263 #endif
264          "Normal",
265 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
266          "HighMem",
267 #endif
268          "Movable",
269 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
270          "Device",
271 #endif
272 };
273
274 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
275         "Unmovable",
276         "Movable",
277         "Reclaimable",
278         "HighAtomic",
279 #ifdef CONFIG_CMA
280         "CMA",
281 #endif
282 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
283         "Isolate",
284 #endif
285 };
286
287 static compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
288         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
289         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
290 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
291         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
292 #endif
293 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
294         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
295 #endif
296 };
297
298 int min_free_kbytes = 1024;
299 int user_min_free_kbytes = -1;
300 static int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
301 static int watermark_scale_factor = 10;
302
303 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
304 int movable_zone;
305 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
306
307 #if MAX_NUMNODES > 1
308 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
309 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
310 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
311 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
312 #endif
313
314 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order);
315 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order);
316 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order);
317 static inline bool has_unaccepted_memory(void);
318 static bool __free_unaccepted(struct page *page);
319
320 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
321
322 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
323 /*
324  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
325  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
326  * and we can permanently disable that path.
327  */
328 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
329
330 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
331 {
332         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
333 }
334
335 /*
336  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
337  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
338  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
339  * and to ensure that the function body gets unloaded.
340  */
341 static bool __ref
342 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
343 {
344        return deferred_grow_zone(zone, order);
345 }
346 #else
347 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
348 {
349         return false;
350 }
351 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
352
353 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
354 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
355                                                         unsigned long pfn)
356 {
357 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
358         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
359 #else
360         return page_zone(page)->pageblock_flags;
361 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
362 }
363
364 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
365 {
366 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
367         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
368 #else
369         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
370 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
371         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
372 }
373
374 static __always_inline
375 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
376                                         unsigned long pfn,
377                                         unsigned long mask)
378 {
379         unsigned long *bitmap;
380         unsigned long bitidx, word_bitidx;
381         unsigned long word;
382
383         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
384         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
385         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
386         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
387         /*
388          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
389          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
390          * racy, are not corrupted.
391          */
392         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
393         return (word >> bitidx) & mask;
394 }
395
396 /**
397  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
398  * @page: The page within the block of interest
399  * @pfn: The target page frame number
400  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
401  *
402  * Return: pageblock_bits flags
403  */
404 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
405                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
406 {
407         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
408 }
409
410 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
411                                         unsigned long pfn)
412 {
413         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
414 }
415
416 /**
417  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
418  * @page: The page within the block of interest
419  * @flags: The flags to set
420  * @pfn: The target page frame number
421  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
422  */
423 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
424                                         unsigned long pfn,
425                                         unsigned long mask)
426 {
427         unsigned long *bitmap;
428         unsigned long bitidx, word_bitidx;
429         unsigned long word;
430
431         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
432         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
433
434         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
435         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
436         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
437         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
438
439         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
440
441         mask <<= bitidx;
442         flags <<= bitidx;
443
444         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
445         do {
446         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
447 }
448
449 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
450 {
451         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
452                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
453                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
454
455         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
456                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
457 }
458
459 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
460 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
461 {
462         int ret = 0;
463         unsigned seq;
464         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
465         unsigned long sp, start_pfn;
466
467         do {
468                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
469                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
470                 sp = zone->spanned_pages;
471                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
472                         ret = 1;
473         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
474
475         if (ret)
476                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
477                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
478                         start_pfn, start_pfn + sp);
479
480         return ret;
481 }
482
483 /*
484  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
485  */
486 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
487 {
488         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
489                 return 1;
490         if (zone != page_zone(page))
491                 return 1;
492
493         return 0;
494 }
495 #else
496 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
497 {
498         return 0;
499 }
500 #endif
501
502 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
503 {
504         static unsigned long resume;
505         static unsigned long nr_shown;
506         static unsigned long nr_unshown;
507
508         /*
509          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
510          * or allow a steady drip of one report per second.
511          */
512         if (nr_shown == 60) {
513                 if (time_before(jiffies, resume)) {
514                         nr_unshown++;
515                         goto out;
516                 }
517                 if (nr_unshown) {
518                         pr_alert(
519                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
520                                 nr_unshown);
521                         nr_unshown = 0;
522                 }
523                 nr_shown = 0;
524         }
525         if (nr_shown++ == 0)
526                 resume = jiffies + 60 * HZ;
527
528         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
529                 current->comm, page_to_pfn(page));
530         dump_page(page, reason);
531
532         print_modules();
533         dump_stack();
534 out:
535         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
536         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
537         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
538 }
539
540 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
541 {
542         int base = order;
543
544 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
545         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
546                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
547                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
548         }
549 #else
550         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
551 #endif
552
553         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
554 }
555
556 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
557 {
558         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
559
560 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
561         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
562                 order = pageblock_order;
563 #else
564         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
565 #endif
566
567         return order;
568 }
569
570 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
571 {
572         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
573                 return true;
574 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
575         if (order == pageblock_order)
576                 return true;
577 #endif
578         return false;
579 }
580
581 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
582 {
583         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
584                 free_unref_page(page, order);
585         else
586                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
587 }
588
589 /*
590  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
591  *
592  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
593  *
594  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
595  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
596  *
597  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
598  * page destructors. See compound_page_dtors.
599  *
600  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
601  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
602  */
603
604 void free_compound_page(struct page *page)
605 {
606         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
607         free_the_page(page, compound_order(page));
608 }
609
610 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
611 {
612         int i;
613         int nr_pages = 1 << order;
614
615         __SetPageHead(page);
616         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
617                 prep_compound_tail(page, i);
618
619         prep_compound_head(page, order);
620 }
621
622 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
623 {
624         enum compound_dtor_id dtor = folio->_folio_dtor;
625
626         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
627         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
628 }
629
630 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
631 {
632         set_page_private(page, order);
633         __SetPageBuddy(page);
634 }
635
636 #ifdef CONFIG_COMPACTION
637 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
638 {
639         struct capture_control *capc = current->capture_control;
640
641         return unlikely(capc) &&
642                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
643                 !capc->page &&
644                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
645 }
646
647 static inline bool
648 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
649                    int order, int migratetype)
650 {
651         if (!capc || order != capc->cc->order)
652                 return false;
653
654         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
655         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
656             is_migrate_isolate(migratetype))
657                 return false;
658
659         /*
660          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
661          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
662          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
663          * have trouble finding a high-order free page.
664          */
665         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
666                 return false;
667
668         capc->page = page;
669         return true;
670 }
671
672 #else
673 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
674 {
675         return NULL;
676 }
677
678 static inline bool
679 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
680                    int order, int migratetype)
681 {
682         return false;
683 }
684 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
685
686 /* Used for pages not on another list */
687 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
688                                     unsigned int order, int migratetype)
689 {
690         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
691
692         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
693         area->nr_free++;
694 }
695
696 /* Used for pages not on another list */
697 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
698                                          unsigned int order, int migratetype)
699 {
700         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
701
702         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
703         area->nr_free++;
704 }
705
706 /*
707  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
708  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
709  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
710  */
711 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
712                                      unsigned int order, int migratetype)
713 {
714         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
715
716         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
717 }
718
719 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
720                                            unsigned int order)
721 {
722         /* clear reported state and update reported page count */
723         if (page_reported(page))
724                 __ClearPageReported(page);
725
726         list_del(&page->buddy_list);
727         __ClearPageBuddy(page);
728         set_page_private(page, 0);
729         zone->free_area[order].nr_free--;
730 }
731
732 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
733                                             int migratetype)
734 {
735         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
736                                         struct page, buddy_list);
737 }
738
739 /*
740  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
741  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
742  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
743  * that is happening, add the free page to the tail of the list
744  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
745  * as a higher order page
746  */
747 static inline bool
748 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
749                    struct page *page, unsigned int order)
750 {
751         unsigned long higher_page_pfn;
752         struct page *higher_page;
753
754         if (order >= MAX_ORDER - 1)
755                 return false;
756
757         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
758         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
759
760         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
761                         NULL) != NULL;
762 }
763
764 /*
765  * Freeing function for a buddy system allocator.
766  *
767  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
768  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
769  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
770  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
771  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
772  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
773  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
774  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
775  * parts of the VM system.
776  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
777  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
778  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
779  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
780  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
781  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
782  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
783  * triggers coalescing into a block of larger size.
784  *
785  * -- nyc
786  */
787
788 static inline void __free_one_page(struct page *page,
789                 unsigned long pfn,
790                 struct zone *zone, unsigned int order,
791                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
792 {
793         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
794         unsigned long buddy_pfn = 0;
795         unsigned long combined_pfn;
796         struct page *buddy;
797         bool to_tail;
798
799         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
800         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
801
802         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
803         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
804                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
805
806         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
807         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
808
809         while (order < MAX_ORDER) {
810                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
811                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
812                                                                 migratetype);
813                         return;
814                 }
815
816                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
817                 if (!buddy)
818                         goto done_merging;
819
820                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
821                         /*
822                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
823                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
824                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
825                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
826                          */
827                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
828
829                         if (migratetype != buddy_mt
830                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
831                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
832                                 goto done_merging;
833                 }
834
835                 /*
836                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
837                  * merge with it and move up one order.
838                  */
839                 if (page_is_guard(buddy))
840                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
841                 else
842                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
843                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
844                 page = page + (combined_pfn - pfn);
845                 pfn = combined_pfn;
846                 order++;
847         }
848
849 done_merging:
850         set_buddy_order(page, order);
851
852         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
853                 to_tail = true;
854         else if (is_shuffle_order(order))
855                 to_tail = shuffle_pick_tail();
856         else
857                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
858
859         if (to_tail)
860                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
861         else
862                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
863
864         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
865         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
866                 page_reporting_notify_free(order);
867 }
868
869 /**
870  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
871  * @free_page:          the original free page
872  * @order:              the order of the page
873  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
874  *
875  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
876  *
877  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
878  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
879  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
880  * nothing.
881  */
882 int split_free_page(struct page *free_page,
883                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
884 {
885         struct zone *zone = page_zone(free_page);
886         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
887         unsigned long pfn;
888         unsigned long flags;
889         int free_page_order;
890         int mt;
891         int ret = 0;
892
893         if (split_pfn_offset == 0)
894                 return ret;
895
896         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
897
898         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
899                 ret = -ENOENT;
900                 goto out;
901         }
902
903         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
904         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
905                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
906
907         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
908         for (pfn = free_page_pfn;
909              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
910                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
911
912                 free_page_order = min_t(unsigned int,
913                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
914                                         __fls(split_pfn_offset));
915                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
916                                 mt, FPI_NONE);
917                 pfn += 1UL << free_page_order;
918                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
919                 /* we have done the first part, now switch to second part */
920                 if (split_pfn_offset == 0)
921                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
922         }
923 out:
924         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
925         return ret;
926 }
927 /*
928  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
929  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
930  * check if necessary.
931  */
932 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
933                                         unsigned long check_flags)
934 {
935         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
936                 return false;
937
938         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
939                         page_ref_count(page) |
940 #ifdef CONFIG_MEMCG
941                         page->memcg_data |
942 #endif
943                         (page->flags & check_flags)))
944                 return false;
945
946         return true;
947 }
948
949 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
950 {
951         const char *bad_reason = NULL;
952
953         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
954                 bad_reason = "nonzero mapcount";
955         if (unlikely(page->mapping != NULL))
956                 bad_reason = "non-NULL mapping";
957         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
958                 bad_reason = "nonzero _refcount";
959         if (unlikely(page->flags & flags)) {
960                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
961                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
962                 else
963                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
964         }
965 #ifdef CONFIG_MEMCG
966         if (unlikely(page->memcg_data))
967                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
968 #endif
969         return bad_reason;
970 }
971
972 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
973 {
974         bad_page(page,
975                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
976 }
977
978 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
979 {
980         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
981                 return false;
982
983         /* Something has gone sideways, find it */
984         free_page_is_bad_report(page);
985         return true;
986 }
987
988 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
989 {
990         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
991 }
992
993 static int free_tail_page_prepare(struct page *head_page, struct page *page)
994 {
995         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
996         int ret = 1;
997
998         /*
999          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1000          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1001          */
1002         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1003
1004         if (!is_check_pages_enabled()) {
1005                 ret = 0;
1006                 goto out;
1007         }
1008         switch (page - head_page) {
1009         case 1:
1010                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1011                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
1012                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1013                         goto out;
1014                 }
1015                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1016                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1017                         goto out;
1018                 }
1019                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1020                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1021                         goto out;
1022                 }
1023                 break;
1024         case 2:
1025                 /*
1026                  * the second tail page: ->mapping is
1027                  * deferred_list.next -- ignore value.
1028                  */
1029                 break;
1030         default:
1031                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1032                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1033                         goto out;
1034                 }
1035                 break;
1036         }
1037         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1038                 bad_page(page, "PageTail not set");
1039                 goto out;
1040         }
1041         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1042                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1043                 goto out;
1044         }
1045         ret = 0;
1046 out:
1047         page->mapping = NULL;
1048         clear_compound_head(page);
1049         return ret;
1050 }
1051
1052 /*
1053  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1054  *
1055  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1056  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1057  *    using page tags instead (see below).
1058  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1059  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1060  *
1061  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1062  *
1063  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1064  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1065  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1066  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1067  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1068  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1069  *
1070  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1071  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1072  * initialization is done with interrupt disabled.
1073  *
1074  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1075  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1076  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1077  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1078  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1079  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1080  */
1081 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1082 {
1083         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1084                 return deferred_pages_enabled();
1085
1086         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1087 }
1088
1089 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1090 {
1091         int i;
1092
1093         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1094         kasan_disable_current();
1095         for (i = 0; i < numpages; i++)
1096                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1097         kasan_enable_current();
1098 }
1099
1100 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1101                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1102 {
1103         int bad = 0;
1104         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1105         bool init = want_init_on_free();
1106
1107         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1108
1109         trace_mm_page_free(page, order);
1110         kmsan_free_page(page, order);
1111
1112         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1113                 /*
1114                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1115                  * Untie memcg state and reset page's owner
1116                  */
1117                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1118                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1119                 reset_page_owner(page, order);
1120                 page_table_check_free(page, order);
1121                 return false;
1122         }
1123
1124         /*
1125          * Check tail pages before head page information is cleared to
1126          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1127          */
1128         if (unlikely(order)) {
1129                 bool compound = PageCompound(page);
1130                 int i;
1131
1132                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1133
1134                 if (compound)
1135                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1136                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1137                         if (compound)
1138                                 bad += free_tail_page_prepare(page, page + i);
1139                         if (is_check_pages_enabled()) {
1140                                 if (free_page_is_bad(page + i)) {
1141                                         bad++;
1142                                         continue;
1143                                 }
1144                         }
1145                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1146                 }
1147         }
1148         if (PageMappingFlags(page))
1149                 page->mapping = NULL;
1150         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1151                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1152         if (is_check_pages_enabled()) {
1153                 if (free_page_is_bad(page))
1154                         bad++;
1155                 if (bad)
1156                         return false;
1157         }
1158
1159         page_cpupid_reset_last(page);
1160         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1161         reset_page_owner(page, order);
1162         page_table_check_free(page, order);
1163
1164         if (!PageHighMem(page)) {
1165                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1166                                            PAGE_SIZE << order);
1167                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1168                                            PAGE_SIZE << order);
1169         }
1170
1171         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1172
1173         /*
1174          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1175          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1176          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1177          *
1178          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1179          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1180          */
1181         if (!skip_kasan_poison) {
1182                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1183
1184                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1185                 if (kasan_has_integrated_init())
1186                         init = false;
1187         }
1188         if (init)
1189                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1190
1191         /*
1192          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1193          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1194          * happen after this.
1195          */
1196         arch_free_page(page, order);
1197
1198         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1199
1200         return true;
1201 }
1202
1203 /*
1204  * Frees a number of pages from the PCP lists
1205  * Assumes all pages on list are in same zone.
1206  * count is the number of pages to free.
1207  */
1208 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1209                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1210                                         int pindex)
1211 {
1212         unsigned long flags;
1213         int min_pindex = 0;
1214         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1215         unsigned int order;
1216         bool isolated_pageblocks;
1217         struct page *page;
1218
1219         /*
1220          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1221          * below while (list_empty(list)) loop.
1222          */
1223         count = min(pcp->count, count);
1224
1225         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1226         pindex = pindex - 1;
1227
1228         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1229         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1230
1231         while (count > 0) {
1232                 struct list_head *list;
1233                 int nr_pages;
1234
1235                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1236                 do {
1237                         if (++pindex > max_pindex)
1238                                 pindex = min_pindex;
1239                         list = &pcp->lists[pindex];
1240                         if (!list_empty(list))
1241                                 break;
1242
1243                         if (pindex == max_pindex)
1244                                 max_pindex--;
1245                         if (pindex == min_pindex)
1246                                 min_pindex++;
1247                 } while (1);
1248
1249                 order = pindex_to_order(pindex);
1250                 nr_pages = 1 << order;
1251                 do {
1252                         int mt;
1253
1254                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1255                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1256
1257                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1258                         list_del(&page->pcp_list);
1259                         count -= nr_pages;
1260                         pcp->count -= nr_pages;
1261
1262                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1263                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1264                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1265                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1266                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1267
1268                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1269                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1270                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1271         }
1272
1273         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1274 }
1275
1276 static void free_one_page(struct zone *zone,
1277                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1278                                 unsigned int order,
1279                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1280 {
1281         unsigned long flags;
1282
1283         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1284         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1285                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1286                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1287         }
1288         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1289         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1290 }
1291
1292 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1293                             fpi_t fpi_flags)
1294 {
1295         unsigned long flags;
1296         int migratetype;
1297         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1298         struct zone *zone = page_zone(page);
1299
1300         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1301                 return;
1302
1303         /*
1304          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1305          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1306          * This will reduce the lock holding time.
1307          */
1308         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1309
1310         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1311         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1312                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1313                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1314         }
1315         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1316         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1317
1318         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1319 }
1320
1321 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1322 {
1323         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1324         struct page *p = page;
1325         unsigned int loop;
1326
1327         /*
1328          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1329          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1330          * refcount of all involved pages to 0.
1331          */
1332         prefetchw(p);
1333         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1334                 prefetchw(p + 1);
1335                 __ClearPageReserved(p);
1336                 set_page_count(p, 0);
1337         }
1338         __ClearPageReserved(p);
1339         set_page_count(p, 0);
1340
1341         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1342
1343         if (page_contains_unaccepted(page, order)) {
1344                 if (order == MAX_ORDER && __free_unaccepted(page))
1345                         return;
1346
1347                 accept_page(page, order);
1348         }
1349
1350         /*
1351          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1352          * relevant for memory onlining.
1353          */
1354         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1355 }
1356
1357 /*
1358  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1359  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1360  * with the migration of free compaction scanner.
1361  *
1362  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1363  *
1364  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1365  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1366  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1367  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1368  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1369  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1370  * page in a pageblock.
1371  *
1372  * Note: the function may return non-NULL struct page even for a page block
1373  * which contains a memory hole (i.e. there is no physical memory for a subset
1374  * of the pfn range). For example, if the pageblock order is MAX_ORDER, which
1375  * will fall into 2 sub-sections, and the end pfn of the pageblock may be hole
1376  * even though the start pfn is online and valid. This should be safe most of
1377  * the time because struct pages are still initialized via init_unavailable_range()
1378  * and pfn walkers shouldn't touch any physical memory range for which they do
1379  * not recognize any specific metadata in struct pages.
1380  */
1381 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1382                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1383 {
1384         struct page *start_page;
1385         struct page *end_page;
1386
1387         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1388         end_pfn--;
1389
1390         if (!pfn_valid(end_pfn))
1391                 return NULL;
1392
1393         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1394         if (!start_page)
1395                 return NULL;
1396
1397         if (page_zone(start_page) != zone)
1398                 return NULL;
1399
1400         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1401
1402         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1403         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1404                 return NULL;
1405
1406         return start_page;
1407 }
1408
1409 /*
1410  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1411  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1412  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1413  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1414  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1415  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1416  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1417  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1418  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1419  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1420  *
1421  * -- nyc
1422  */
1423 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1424         int low, int high, int migratetype)
1425 {
1426         unsigned long size = 1 << high;
1427
1428         while (high > low) {
1429                 high--;
1430                 size >>= 1;
1431                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1432
1433                 /*
1434                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1435                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1436                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1437                  * pages will stay not present in virtual address space
1438                  */
1439                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1440                         continue;
1441
1442                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1443                 set_buddy_order(&page[size], high);
1444         }
1445 }
1446
1447 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1448 {
1449         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1450                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1451                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1452                 return;
1453         }
1454
1455         bad_page(page,
1456                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1457 }
1458
1459 /*
1460  * This page is about to be returned from the page allocator
1461  */
1462 static int check_new_page(struct page *page)
1463 {
1464         if (likely(page_expected_state(page,
1465                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1466                 return 0;
1467
1468         check_new_page_bad(page);
1469         return 1;
1470 }
1471
1472 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1473 {
1474         if (is_check_pages_enabled()) {
1475                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1476                         struct page *p = page + i;
1477
1478                         if (check_new_page(p))
1479                                 return true;
1480                 }
1481         }
1482
1483         return false;
1484 }
1485
1486 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1487 {
1488         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1489         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1490             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1491                 return false;
1492
1493         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1494         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1495                 return true;
1496
1497         /*
1498          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1499          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1500          */
1501         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1502 }
1503
1504 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1505 {
1506         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1507         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1508                 return false;
1509
1510         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1511         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1512 }
1513
1514 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1515                                 gfp_t gfp_flags)
1516 {
1517         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1518                         !should_skip_init(gfp_flags);
1519         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1520         int i;
1521
1522         set_page_private(page, 0);
1523         set_page_refcounted(page);
1524
1525         arch_alloc_page(page, order);
1526         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1527
1528         /*
1529          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1530          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1531          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1532          */
1533         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1534
1535         /*
1536          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1537          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1538          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1539          */
1540
1541         /*
1542          * If memory tags should be zeroed
1543          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1544          */
1545         if (zero_tags) {
1546                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1547                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1548                         tag_clear_highpage(page + i);
1549
1550                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1551                 init = false;
1552         }
1553         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1554             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1555                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1556                 if (kasan_has_integrated_init())
1557                         init = false;
1558         } else {
1559                 /*
1560                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1561                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1562                  */
1563                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1564                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1565         }
1566         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1567         if (init)
1568                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1569
1570         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1571         page_table_check_alloc(page, order);
1572 }
1573
1574 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1575                                                         unsigned int alloc_flags)
1576 {
1577         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1578
1579         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1580                 prep_compound_page(page, order);
1581
1582         /*
1583          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1584          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1585          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1586          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1587          */
1588         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1589                 set_page_pfmemalloc(page);
1590         else
1591                 clear_page_pfmemalloc(page);
1592 }
1593
1594 /*
1595  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1596  * the smallest available page from the freelists
1597  */
1598 static __always_inline
1599 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1600                                                 int migratetype)
1601 {
1602         unsigned int current_order;
1603         struct free_area *area;
1604         struct page *page;
1605
1606         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1607         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1608                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1609                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1610                 if (!page)
1611                         continue;
1612                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1613                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1614                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1615                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1616                                 pcp_allowed_order(order) &&
1617                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1618                 return page;
1619         }
1620
1621         return NULL;
1622 }
1623
1624
1625 /*
1626  * This array describes the order lists are fallen back to when
1627  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1628  *
1629  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1630  */
1631 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1632         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1633         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1634         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1635 };
1636
1637 #ifdef CONFIG_CMA
1638 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1639                                         unsigned int order)
1640 {
1641         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1642 }
1643 #else
1644 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1645                                         unsigned int order) { return NULL; }
1646 #endif
1647
1648 /*
1649  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1650  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1651  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1652  */
1653 static int move_freepages(struct zone *zone,
1654                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1655                           int migratetype, int *num_movable)
1656 {
1657         struct page *page;
1658         unsigned long pfn;
1659         unsigned int order;
1660         int pages_moved = 0;
1661
1662         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1663                 page = pfn_to_page(pfn);
1664                 if (!PageBuddy(page)) {
1665                         /*
1666                          * We assume that pages that could be isolated for
1667                          * migration are movable. But we don't actually try
1668                          * isolating, as that would be expensive.
1669                          */
1670                         if (num_movable &&
1671                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1672                                 (*num_movable)++;
1673                         pfn++;
1674                         continue;
1675                 }
1676
1677                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1678                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1679                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1680
1681                 order = buddy_order(page);
1682                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1683                 pfn += 1 << order;
1684                 pages_moved += 1 << order;
1685         }
1686
1687         return pages_moved;
1688 }
1689
1690 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1691                                 int migratetype, int *num_movable)
1692 {
1693         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1694
1695         if (num_movable)
1696                 *num_movable = 0;
1697
1698         pfn = page_to_pfn(page);
1699         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1700         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1701
1702         /* Do not cross zone boundaries */
1703         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1704                 start_pfn = pfn;
1705         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1706                 return 0;
1707
1708         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1709                                                                 num_movable);
1710 }
1711
1712 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1713                                         int start_order, int migratetype)
1714 {
1715         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1716
1717         while (nr_pageblocks--) {
1718                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1719                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1720         }
1721 }
1722
1723 /*
1724  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1725  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1726  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1727  *
1728  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1729  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1730  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1731  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1732  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1733  * pageblocks.
1734  */
1735 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1736 {
1737         /*
1738          * Leaving this order check is intended, although there is
1739          * relaxed order check in next check. The reason is that
1740          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1741          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1742          * so could be changed anytime.
1743          */
1744         if (order >= pageblock_order)
1745                 return true;
1746
1747         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1748                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1749                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1750                 page_group_by_mobility_disabled)
1751                 return true;
1752
1753         return false;
1754 }
1755
1756 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
1757 {
1758         unsigned long max_boost;
1759
1760         if (!watermark_boost_factor)
1761                 return false;
1762         /*
1763          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
1764          * On small machines, including kdump capture kernels running
1765          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
1766          * memory situation immediately.
1767          */
1768         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
1769                 return false;
1770
1771         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
1772                         watermark_boost_factor, 10000);
1773
1774         /*
1775          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
1776          * very early in boot so do not boost. We do not fall
1777          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
1778          * allocations that early means that reclaim is not going
1779          * to help and it may even be impossible to reclaim the
1780          * boosted watermark resulting in a hang.
1781          */
1782         if (!max_boost)
1783                 return false;
1784
1785         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
1786
1787         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
1788                 max_boost);
1789
1790         return true;
1791 }
1792
1793 /*
1794  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
1795  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
1796  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
1797  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
1798  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
1799  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
1800  */
1801 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
1802                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
1803 {
1804         unsigned int current_order = buddy_order(page);
1805         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
1806         int old_block_type;
1807
1808         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
1809
1810         /*
1811          * This can happen due to races and we want to prevent broken
1812          * highatomic accounting.
1813          */
1814         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
1815                 goto single_page;
1816
1817         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
1818         if (current_order >= pageblock_order) {
1819                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
1820                 goto single_page;
1821         }
1822
1823         /*
1824          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
1825          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
1826          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
1827          */
1828         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
1829                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
1830
1831         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
1832         if (!whole_block)
1833                 goto single_page;
1834
1835         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
1836                                                 &movable_pages);
1837         /*
1838          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
1839          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
1840          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
1841          */
1842         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
1843                 alike_pages = movable_pages;
1844         } else {
1845                 /*
1846                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
1847                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
1848                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
1849                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
1850                  * exact migratetype of non-movable pages.
1851                  */
1852                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
1853                         alike_pages = pageblock_nr_pages
1854                                                 - (free_pages + movable_pages);
1855                 else
1856                         alike_pages = 0;
1857         }
1858
1859         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
1860         if (!free_pages)
1861                 goto single_page;
1862
1863         /*
1864          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
1865          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
1866          */
1867         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
1868                         page_group_by_mobility_disabled)
1869                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
1870
1871         return;
1872
1873 single_page:
1874         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
1875 }
1876
1877 /*
1878  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
1879  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
1880  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
1881  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
1882  */
1883 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
1884                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
1885 {
1886         int i;
1887         int fallback_mt;
1888
1889         if (area->nr_free == 0)
1890                 return -1;
1891
1892         *can_steal = false;
1893         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
1894                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
1895                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
1896                         continue;
1897
1898                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
1899                         *can_steal = true;
1900
1901                 if (!only_stealable)
1902                         return fallback_mt;
1903
1904                 if (*can_steal)
1905                         return fallback_mt;
1906         }
1907
1908         return -1;
1909 }
1910
1911 /*
1912  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
1913  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
1914  */
1915 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
1916                                 unsigned int alloc_order)
1917 {
1918         int mt;
1919         unsigned long max_managed, flags;
1920
1921         /*
1922          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
1923          * Check is race-prone but harmless.
1924          */
1925         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
1926         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1927                 return;
1928
1929         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1930
1931         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
1932         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
1933                 goto out_unlock;
1934
1935         /* Yoink! */
1936         mt = get_pageblock_migratetype(page);
1937         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
1938         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
1939                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
1940                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1941                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
1942         }
1943
1944 out_unlock:
1945         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1946 }
1947
1948 /*
1949  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
1950  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
1951  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
1952  * to recover from than an OOM.
1953  *
1954  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
1955  * pageblock is exhausted.
1956  */
1957 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
1958                                                 bool force)
1959 {
1960         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
1961         unsigned long flags;
1962         struct zoneref *z;
1963         struct zone *zone;
1964         struct page *page;
1965         int order;
1966         bool ret;
1967
1968         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
1969                                                                 ac->nodemask) {
1970                 /*
1971                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
1972                  * is really high.
1973                  */
1974                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
1975                                         pageblock_nr_pages)
1976                         continue;
1977
1978                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1979                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
1980                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
1981
1982                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
1983                         if (!page)
1984                                 continue;
1985
1986                         /*
1987                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
1988                          * we can counter several free pages in a pageblock
1989                          * in this loop although we changed the pageblock type
1990                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
1991                          * adjust the count once.
1992                          */
1993                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
1994                                 /*
1995                                  * It should never happen but changes to
1996                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
1997                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
1998                                  * while unreserving so be safe and watch for
1999                                  * underflows.
2000                                  */
2001                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2002                                                 pageblock_nr_pages,
2003                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2004                         }
2005
2006                         /*
2007                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2008                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2009                          * is doing the work and needs the pages. More
2010                          * importantly, if the block was always converted to
2011                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2012                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2013                          * may increase.
2014                          */
2015                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2016                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2017                                                                         NULL);
2018                         if (ret) {
2019                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2020                                 return ret;
2021                         }
2022                 }
2023                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2024         }
2025
2026         return false;
2027 }
2028
2029 /*
2030  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2031  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2032  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2033  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2034  *
2035  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2036  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2037  * condition simpler.
2038  */
2039 static __always_inline bool
2040 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2041                                                 unsigned int alloc_flags)
2042 {
2043         struct free_area *area;
2044         int current_order;
2045         int min_order = order;
2046         struct page *page;
2047         int fallback_mt;
2048         bool can_steal;
2049
2050         /*
2051          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2052          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2053          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2054          */
2055         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2056                 min_order = pageblock_order;
2057
2058         /*
2059          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2060          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2061          * would be too costly to do exactly.
2062          */
2063         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2064                                 --current_order) {
2065                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2066                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2067                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2068                 if (fallback_mt == -1)
2069                         continue;
2070
2071                 /*
2072                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2073                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2074                  * steal and split the smallest available page instead of the
2075                  * largest available page, because even if the next movable
2076                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2077                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2078                  */
2079                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2080                                         && current_order > order)
2081                         goto find_smallest;
2082
2083                 goto do_steal;
2084         }
2085
2086         return false;
2087
2088 find_smallest:
2089         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2090                                                         current_order++) {
2091                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2092                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2093                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2094                 if (fallback_mt != -1)
2095                         break;
2096         }
2097
2098         /*
2099          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2100          * when looking for the largest page.
2101          */
2102         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2103
2104 do_steal:
2105         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2106
2107         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2108                                                                 can_steal);
2109
2110         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2111                 start_migratetype, fallback_mt);
2112
2113         return true;
2114
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2119  * Call me with the zone->lock already held.
2120  */
2121 static __always_inline struct page *
2122 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2123                                                 unsigned int alloc_flags)
2124 {
2125         struct page *page;
2126
2127         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2128                 /*
2129                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2130                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2131                  * is in the CMA area.
2132                  */
2133                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2134                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2135                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2136                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2137                         if (page)
2138                                 return page;
2139                 }
2140         }
2141 retry:
2142         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2143         if (unlikely(!page)) {
2144                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2145                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2146
2147                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2148                                                                 alloc_flags))
2149                         goto retry;
2150         }
2151         return page;
2152 }
2153
2154 /*
2155  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2156  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2157  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2158  */
2159 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2160                         unsigned long count, struct list_head *list,
2161                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2162 {
2163         unsigned long flags;
2164         int i;
2165
2166         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2167         for (i = 0; i < count; ++i) {
2168                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2169                                                                 alloc_flags);
2170                 if (unlikely(page == NULL))
2171                         break;
2172
2173                 /*
2174                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2175                  * physical page order. The page is added to the tail of
2176                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2177                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2178                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2179                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2180                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2181                  * pages are ordered properly.
2182                  */
2183                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2184                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2185                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2186                                               -(1 << order));
2187         }
2188
2189         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2190         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2191
2192         return i;
2193 }
2194
2195 #ifdef CONFIG_NUMA
2196 /*
2197  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2198  * currently executing processor on remote nodes after they have
2199  * expired.
2200  */
2201 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2202 {
2203         int to_drain, batch;
2204
2205         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2206         to_drain = min(pcp->count, batch);
2207         if (to_drain > 0) {
2208                 spin_lock(&pcp->lock);
2209                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2210                 spin_unlock(&pcp->lock);
2211         }
2212 }
2213 #endif
2214
2215 /*
2216  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2217  */
2218 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2219 {
2220         struct per_cpu_pages *pcp;
2221
2222         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2223         if (pcp->count) {
2224                 spin_lock(&pcp->lock);
2225                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2226                 spin_unlock(&pcp->lock);
2227         }
2228 }
2229
2230 /*
2231  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2232  */
2233 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2234 {
2235         struct zone *zone;
2236
2237         for_each_populated_zone(zone) {
2238                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2239         }
2240 }
2241
2242 /*
2243  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2244  */
2245 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2246 {
2247         int cpu = smp_processor_id();
2248
2249         if (zone)
2250                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2251         else
2252                 drain_pages(cpu);
2253 }
2254
2255 /*
2256  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2257  * drain on all cpus.
2258  *
2259  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2260  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2261  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2262  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2263  * optimizing racy check.
2264  */
2265 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2266 {
2267         int cpu;
2268
2269         /*
2270          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2271          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2272          */
2273         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2274
2275         /*
2276          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2277          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2278          * the drain to be complete when the call returns.
2279          */
2280         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2281                 if (!zone)
2282                         return;
2283                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2284         }
2285
2286         /*
2287          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2288          * as offline notification will cause the notified
2289          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2290          * disables preemption as part of its processing
2291          */
2292         for_each_online_cpu(cpu) {
2293                 struct per_cpu_pages *pcp;
2294                 struct zone *z;
2295                 bool has_pcps = false;
2296
2297                 if (force_all_cpus) {
2298                         /*
2299                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2300                          * guarantee that no cpu is missed.
2301                          */
2302                         has_pcps = true;
2303                 } else if (zone) {
2304                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2305                         if (pcp->count)
2306                                 has_pcps = true;
2307                 } else {
2308                         for_each_populated_zone(z) {
2309                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2310                                 if (pcp->count) {
2311                                         has_pcps = true;
2312                                         break;
2313                                 }
2314                         }
2315                 }
2316
2317                 if (has_pcps)
2318                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2319                 else
2320                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2321         }
2322
2323         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2324                 if (zone)
2325                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2326                 else
2327                         drain_pages(cpu);
2328         }
2329
2330         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2331 }
2332
2333 /*
2334  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2335  *
2336  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2337  */
2338 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2339 {
2340         __drain_all_pages(zone, false);
2341 }
2342
2343 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2344                                                         unsigned int order)
2345 {
2346         int migratetype;
2347
2348         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2349                 return false;
2350
2351         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2352         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2353         return true;
2354 }
2355
2356 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
2357                        bool free_high)
2358 {
2359         int min_nr_free, max_nr_free;
2360
2361         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
2362         if (unlikely(free_high))
2363                 return pcp->count;
2364
2365         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2366         if (unlikely(high < batch))
2367                 return 1;
2368
2369         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2370         min_nr_free = batch;
2371         max_nr_free = high - batch;
2372
2373         /*
2374          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
2375          * freeing of pages without any allocation.
2376          */
2377         batch <<= pcp->free_factor;
2378         if (batch < max_nr_free)
2379                 pcp->free_factor++;
2380         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
2381
2382         return batch;
2383 }
2384
2385 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2386                        bool free_high)
2387 {
2388         int high = READ_ONCE(pcp->high);
2389
2390         if (unlikely(!high || free_high))
2391                 return 0;
2392
2393         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
2394                 return high;
2395
2396         /*
2397          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2398          * stored on pcp lists
2399          */
2400         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
2401 }
2402
2403 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2404                                    struct page *page, int migratetype,
2405                                    unsigned int order)
2406 {
2407         int high;
2408         int pindex;
2409         bool free_high;
2410
2411         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2412         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2413         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2414         pcp->count += 1 << order;
2415
2416         /*
2417          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2418          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2419          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2420          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2421          */
2422         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
2423
2424         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
2425         if (pcp->count >= high) {
2426                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2427
2428                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
2429         }
2430 }
2431
2432 /*
2433  * Free a pcp page
2434  */
2435 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2436 {
2437         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2438         struct per_cpu_pages *pcp;
2439         struct zone *zone;
2440         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2441         int migratetype;
2442
2443         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2444                 return;
2445
2446         /*
2447          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2448          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2449          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2450          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2451          * excessively into the page allocator
2452          */
2453         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2454         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2455                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2456                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2457                         return;
2458                 }
2459                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2460         }
2461
2462         zone = page_zone(page);
2463         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2464         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2465         if (pcp) {
2466                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2467                 pcp_spin_unlock(pcp);
2468         } else {
2469                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2470         }
2471         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2472 }
2473
2474 /*
2475  * Free a list of 0-order pages
2476  */
2477 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2478 {
2479         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2480         struct page *page, *next;
2481         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2482         struct zone *locked_zone = NULL;
2483         int batch_count = 0;
2484         int migratetype;
2485
2486         /* Prepare pages for freeing */
2487         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2488                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2489                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2490                         list_del(&page->lru);
2491                         continue;
2492                 }
2493
2494                 /*
2495                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2496                  * comment in free_unref_page.
2497                  */
2498                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2499                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2500                         list_del(&page->lru);
2501                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2502                         continue;
2503                 }
2504         }
2505
2506         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2507                 struct zone *zone = page_zone(page);
2508
2509                 list_del(&page->lru);
2510                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2511
2512                 /*
2513                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2514                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2515                  * pages.
2516                  */
2517                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2518                         if (pcp) {
2519                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2520                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2521                         }
2522
2523                         batch_count = 0;
2524
2525                         /*
2526                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2527                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2528                          */
2529                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2530                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2531                         if (unlikely(!pcp)) {
2532                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2533                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2534                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2535                                 locked_zone = NULL;
2536                                 continue;
2537                         }
2538                         locked_zone = zone;
2539                 }
2540
2541                 /*
2542                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2543                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2544                  */
2545                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2546                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2547
2548                 trace_mm_page_free_batched(page);
2549                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2550                 batch_count++;
2551         }
2552
2553         if (pcp) {
2554                 pcp_spin_unlock(pcp);
2555                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2556         }
2557 }
2558
2559 /*
2560  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2561  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2562  * Each sub-page must be freed individually.
2563  *
2564  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2565  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2566  */
2567 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2568 {
2569         int i;
2570
2571         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2572         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2573
2574         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2575                 set_page_refcounted(page + i);
2576         split_page_owner(page, 1 << order);
2577         split_page_memcg(page, 1 << order);
2578 }
2579 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2580
2581 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2582 {
2583         struct zone *zone = page_zone(page);
2584         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2585
2586         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2587                 unsigned long watermark;
2588                 /*
2589                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2590                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2591                  * watermark, because we already know our high-order page
2592                  * exists.
2593                  */
2594                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2595                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2596                         return 0;
2597
2598                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2599         }
2600
2601         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2602
2603         /*
2604          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2605          * pageblock
2606          */
2607         if (order >= pageblock_order - 1) {
2608                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2609                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2610                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2611                         /*
2612                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2613                          * with others)
2614                          */
2615                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2616                                 set_pageblock_migratetype(page,
2617                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2618                 }
2619         }
2620
2621         return 1UL << order;
2622 }
2623
2624 /**
2625  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2626  * @page: Page that was isolated
2627  * @order: Order of the isolated page
2628  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2629  *
2630  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2631  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2632  */
2633 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2634 {
2635         struct zone *zone = page_zone(page);
2636
2637         /* zone lock should be held when this function is called */
2638         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2639
2640         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2641         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2642                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2643 }
2644
2645 /*
2646  * Update NUMA hit/miss statistics
2647  */
2648 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2649                                    long nr_account)
2650 {
2651 #ifdef CONFIG_NUMA
2652         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2653
2654         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2655         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2656                 return;
2657
2658         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2659                 local_stat = NUMA_OTHER;
2660
2661         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2662                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2663         else {
2664                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2665                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2666         }
2667         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2668 #endif
2669 }
2670
2671 static __always_inline
2672 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2673                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2674                            int migratetype)
2675 {
2676         struct page *page;
2677         unsigned long flags;
2678
2679         do {
2680                 page = NULL;
2681                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2682                 /*
2683                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
2684                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
2685                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
2686                  * request should skip it.
2687                  */
2688                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2689                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2690                 if (!page) {
2691                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2692
2693                         /*
2694                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2695                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2696                          * failing a high-order atomic allocation in the
2697                          * future.
2698                          */
2699                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
2700                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2701
2702                         if (!page) {
2703                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2704                                 return NULL;
2705                         }
2706                 }
2707                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
2708                                           get_pcppage_migratetype(page));
2709                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2710         } while (check_new_pages(page, order));
2711
2712         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2713         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2714
2715         return page;
2716 }
2717
2718 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
2719 static inline
2720 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
2721                         int migratetype,
2722                         unsigned int alloc_flags,
2723                         struct per_cpu_pages *pcp,
2724                         struct list_head *list)
2725 {
2726         struct page *page;
2727
2728         do {
2729                 if (list_empty(list)) {
2730                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2731                         int alloced;
2732
2733                         /*
2734                          * Scale batch relative to order if batch implies
2735                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
2736                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
2737                          * should never store free pages as the pages may
2738                          * belong to arbitrary zones.
2739                          */
2740                         if (batch > 1)
2741                                 batch = max(batch >> order, 2);
2742                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
2743                                         batch, list,
2744                                         migratetype, alloc_flags);
2745
2746                         pcp->count += alloced << order;
2747                         if (unlikely(list_empty(list)))
2748                                 return NULL;
2749                 }
2750
2751                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
2752                 list_del(&page->pcp_list);
2753                 pcp->count -= 1 << order;
2754         } while (check_new_pages(page, order));
2755
2756         return page;
2757 }
2758
2759 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
2760 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
2761                         struct zone *zone, unsigned int order,
2762                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2763 {
2764         struct per_cpu_pages *pcp;
2765         struct list_head *list;
2766         struct page *page;
2767         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2768
2769         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
2770         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2771         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2772         if (!pcp) {
2773                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2774                 return NULL;
2775         }
2776
2777         /*
2778          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
2779          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
2780          * frees.
2781          */
2782         pcp->free_factor >>= 1;
2783         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
2784         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
2785         pcp_spin_unlock(pcp);
2786         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2787         if (page) {
2788                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
2789                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
2790         }
2791         return page;
2792 }
2793
2794 /*
2795  * Allocate a page from the given zone.
2796  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
2797  */
2798
2799 /*
2800  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
2801  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
2802  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
2803  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
2804  */
2805 __no_sanitize_memory
2806 static inline
2807 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
2808                         struct zone *zone, unsigned int order,
2809                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
2810                         int migratetype)
2811 {
2812         struct page *page;
2813
2814         /*
2815          * We most definitely don't want callers attempting to
2816          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
2817          */
2818         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
2819
2820         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
2821                 /*
2822                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
2823                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
2824                  */
2825                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
2826                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
2827                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
2828                                         migratetype, alloc_flags);
2829                         if (likely(page))
2830                                 goto out;
2831                 }
2832         }
2833
2834         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
2835                                                         migratetype);
2836
2837 out:
2838         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
2839         if ((alloc_flags & ALLOC_KSWAPD) &&
2840             unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
2841                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2842                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
2843         }
2844
2845         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
2846         return page;
2847 }
2848
2849 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
2850 {
2851         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
2852 }
2853 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
2854
2855 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
2856                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
2857 {
2858         long unusable_free = (1 << order) - 1;
2859
2860         /*
2861          * If the caller does not have rights to reserves below the min
2862          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
2863          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
2864          */
2865         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
2866                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
2867
2868 #ifdef CONFIG_CMA
2869         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
2870         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
2871                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
2872 #endif
2873 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
2874         unusable_free += zone_page_state(z, NR_UNACCEPTED);
2875 #endif
2876
2877         return unusable_free;
2878 }
2879
2880 /*
2881  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
2882  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
2883  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
2884  * to check in the allocation paths if no pages are free.
2885  */
2886 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2887                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
2888                          long free_pages)
2889 {
2890         long min = mark;
2891         int o;
2892
2893         /* free_pages may go negative - that's OK */
2894         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
2895
2896         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
2897                 /*
2898                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
2899                  * as OOM.
2900                  */
2901                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
2902                         min -= min / 2;
2903
2904                         /*
2905                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
2906                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
2907                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
2908                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
2909                          * access to the min reserve.
2910                          */
2911                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
2912                                 min -= min / 4;
2913                 }
2914
2915                 /*
2916                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
2917                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
2918                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
2919                  * makes during the free path will be small and short-lived.
2920                  */
2921                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
2922                         min -= min / 2;
2923         }
2924
2925         /*
2926          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
2927          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
2928          * even if a suitable page happened to be free.
2929          */
2930         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
2931                 return false;
2932
2933         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
2934         if (!order)
2935                 return true;
2936
2937         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
2938         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
2939                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
2940                 int mt;
2941
2942                 if (!area->nr_free)
2943                         continue;
2944
2945                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
2946                         if (!free_area_empty(area, mt))
2947                                 return true;
2948                 }
2949
2950 #ifdef CONFIG_CMA
2951                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
2952                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
2953                         return true;
2954                 }
2955 #endif
2956                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
2957                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
2958                         return true;
2959                 }
2960         }
2961         return false;
2962 }
2963
2964 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
2965                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
2966 {
2967         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
2968                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
2969 }
2970
2971 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
2972                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
2973                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
2974 {
2975         long free_pages;
2976
2977         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
2978
2979         /*
2980          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
2981          * need to be calculated.
2982          */
2983         if (!order) {
2984                 long usable_free;
2985                 long reserved;
2986
2987                 usable_free = free_pages;
2988                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
2989
2990                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
2991                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
2992                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
2993                         return true;
2994         }
2995
2996         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
2997                                         free_pages))
2998                 return true;
2999
3000         /*
3001          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3002          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3003          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3004          * when below the low watermark.
3005          */
3006         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3007                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3008                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3009                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3010                                         alloc_flags, free_pages);
3011         }
3012
3013         return false;
3014 }
3015
3016 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3017                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3018 {
3019         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3020
3021         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3022                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3023
3024         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3025                                                                 free_pages);
3026 }
3027
3028 #ifdef CONFIG_NUMA
3029 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3030
3031 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3032 {
3033         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3034                                 node_reclaim_distance;
3035 }
3036 #else   /* CONFIG_NUMA */
3037 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3038 {
3039         return true;
3040 }
3041 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3042
3043 /*
3044  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3045  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3046  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3047  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3048  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3049  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3050  */
3051 static inline unsigned int
3052 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3053 {
3054         unsigned int alloc_flags;
3055
3056         /*
3057          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3058          * to save a branch.
3059          */
3060         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3061
3062 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3063         if (!zone)
3064                 return alloc_flags;
3065
3066         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3067                 return alloc_flags;
3068
3069         /*
3070          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3071          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3072          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3073          */
3074         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3075         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3076                 return alloc_flags;
3077
3078         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3079 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3080         return alloc_flags;
3081 }
3082
3083 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3084 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3085                                                   unsigned int alloc_flags)
3086 {
3087 #ifdef CONFIG_CMA
3088         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3089                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3090 #endif
3091         return alloc_flags;
3092 }
3093
3094 /*
3095  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3096  * a page.
3097  */
3098 static struct page *
3099 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3100                                                 const struct alloc_context *ac)
3101 {
3102         struct zoneref *z;
3103         struct zone *zone;
3104         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3105         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3106         bool no_fallback;
3107
3108 retry:
3109         /*
3110          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3111          * See also cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3112          */
3113         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3114         z = ac->preferred_zoneref;
3115         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3116                                         ac->nodemask) {
3117                 struct page *page;
3118                 unsigned long mark;
3119
3120                 if (cpusets_enabled() &&
3121                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3122                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3123                                 continue;
3124                 /*
3125                  * When allocating a page cache page for writing, we
3126                  * want to get it from a node that is within its dirty
3127                  * limit, such that no single node holds more than its
3128                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3129                  * The dirty limits take into account the node's
3130                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3131                  * should be able to balance it without having to
3132                  * write pages from its LRU list.
3133                  *
3134                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3135                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3136                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3137                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3138                  * nodes are together not big enough to reach the
3139                  * global limit.  The proper fix for these situations
3140                  * will require awareness of nodes in the
3141                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3142                  */
3143                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3144                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3145                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3146                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3147                         }
3148
3149                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3150                                 continue;
3151                 }
3152
3153                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3154                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3155                         int local_nid;
3156
3157                         /*
3158                          * If moving to a remote node, retry but allow
3159                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3160                          * than fragmentation avoidance.
3161                          */
3162                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3163                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3164                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3165                                 goto retry;
3166                         }
3167                 }
3168
3169                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3170                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3171                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3172                                        gfp_mask)) {
3173                         int ret;
3174
3175                         if (has_unaccepted_memory()) {
3176                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3177                                         goto try_this_zone;
3178                         }
3179
3180 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3181                         /*
3182                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3183                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3184                          */
3185                         if (deferred_pages_enabled()) {
3186                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3187                                         goto try_this_zone;
3188                         }
3189 #endif
3190                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3191                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3192                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3193                                 goto try_this_zone;
3194
3195                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3196                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3197                                 continue;
3198
3199                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3200                         switch (ret) {
3201                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3202                                 /* did not scan */
3203                                 continue;
3204                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3205                                 /* scanned but unreclaimable */
3206                                 continue;
3207                         default:
3208                                 /* did we reclaim enough */
3209                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3210                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3211                                         goto try_this_zone;
3212
3213                                 continue;
3214                         }
3215                 }
3216
3217 try_this_zone:
3218                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3219                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3220                 if (page) {
3221                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3222
3223                         /*
3224                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3225                          * if the pageblock should be reserved for the future
3226                          */
3227                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3228                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3229
3230                         return page;
3231                 } else {
3232                         if (has_unaccepted_memory()) {
3233                                 if (try_to_accept_memory(zone, order))
3234                                         goto try_this_zone;
3235                         }
3236
3237 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3238                         /* Try again if zone has deferred pages */
3239                         if (deferred_pages_enabled()) {
3240                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3241                                         goto try_this_zone;
3242                         }
3243 #endif
3244                 }
3245         }
3246
3247         /*
3248          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3249          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3250          */
3251         if (no_fallback) {
3252                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3253                 goto retry;
3254         }
3255
3256         return NULL;
3257 }
3258
3259 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3260 {
3261         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3262
3263         /*
3264          * This documents exceptions given to allocations in certain
3265          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3266          * of allowed nodes.
3267          */
3268         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3269                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3270                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3271                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3272         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3273                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3274
3275         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3276 }
3277
3278 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3279 {
3280         struct va_format vaf;
3281         va_list args;
3282         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3283
3284         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3285              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3286              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3287                 return;
3288
3289         va_start(args, fmt);
3290         vaf.fmt = fmt;
3291         vaf.va = &args;
3292         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3293                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3294                         nodemask_pr_args(nodemask));
3295         va_end(args);
3296
3297         cpuset_print_current_mems_allowed();
3298         pr_cont("\n");
3299         dump_stack();
3300         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3301 }
3302
3303 static inline struct page *
3304 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3305                               unsigned int alloc_flags,
3306                               const struct alloc_context *ac)
3307 {
3308         struct page *page;
3309
3310         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3311                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3312         /*
3313          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3314          * are depleted
3315          */
3316         if (!page)
3317                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3318                                 alloc_flags, ac);
3319
3320         return page;
3321 }
3322
3323 static inline struct page *
3324 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3325         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3326 {
3327         struct oom_control oc = {
3328                 .zonelist = ac->zonelist,
3329                 .nodemask = ac->nodemask,
3330                 .memcg = NULL,
3331                 .gfp_mask = gfp_mask,
3332                 .order = order,
3333         };
3334         struct page *page;
3335
3336         *did_some_progress = 0;
3337
3338         /*
3339          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3340          * making progress for us.
3341          */
3342         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3343                 *did_some_progress = 1;
3344                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3345                 return NULL;
3346         }
3347
3348         /*
3349          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3350          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3351          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3352          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3353          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3354          */
3355         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3356                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3357                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3358         if (page)
3359                 goto out;
3360
3361         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3362         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3363                 goto out;
3364         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3365         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3366                 goto out;
3367         /*
3368          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3369          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3370          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3371          * fallback than shooting a random task.
3372          *
3373          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3374          */
3375         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3376                 goto out;
3377         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3378         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3379                 goto out;
3380         if (pm_suspended_storage())
3381                 goto out;
3382         /*
3383          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3384          * other request to make a forward progress.
3385          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3386          * do much for this context but let's try it to at least get
3387          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3388          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3389          * failures more gracefully we should just bail out here.
3390          */
3391
3392         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3393         if (out_of_memory(&oc) ||
3394             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3395                 *did_some_progress = 1;
3396
3397                 /*
3398                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3399                  * reserves
3400                  */
3401                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3402                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3403                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3404         }
3405 out:
3406         mutex_unlock(&oom_lock);
3407         return page;
3408 }
3409
3410 /*
3411  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3412  * killer is consider as the only way to move forward.
3413  */
3414 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3415
3416 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3417 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3418 static struct page *
3419 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3420                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3421                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3422 {
3423         struct page *page = NULL;
3424         unsigned long pflags;
3425         unsigned int noreclaim_flag;
3426
3427         if (!order)
3428                 return NULL;
3429
3430         psi_memstall_enter(&pflags);
3431         delayacct_compact_start();
3432         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3433
3434         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3435                                                                 prio, &page);
3436
3437         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3438         psi_memstall_leave(&pflags);
3439         delayacct_compact_end();
3440
3441         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3442                 return NULL;
3443         /*
3444          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3445          * count a compaction stall
3446          */
3447         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3448
3449         /* Prep a captured page if available */
3450         if (page)
3451                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3452
3453         /* Try get a page from the freelist if available */
3454         if (!page)
3455                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3456
3457         if (page) {
3458                 struct zone *zone = page_zone(page);
3459
3460                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3461                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3462                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3463                 return page;
3464         }
3465
3466         /*
3467          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3468          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3469          */
3470         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3471
3472         cond_resched();
3473
3474         return NULL;
3475 }
3476
3477 static inline bool
3478 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3479                      enum compact_result compact_result,
3480                      enum compact_priority *compact_priority,
3481                      int *compaction_retries)
3482 {
3483         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3484         int min_priority;
3485         bool ret = false;
3486         int retries = *compaction_retries;
3487         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3488
3489         if (!order)
3490                 return false;
3491
3492         if (fatal_signal_pending(current))
3493                 return false;
3494
3495         /*
3496          * Compaction was skipped due to a lack of free order-0
3497          * migration targets. Continue if reclaim can help.
3498          */
3499         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED) {
3500                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3501                 goto out;
3502         }
3503
3504         /*
3505          * Compaction managed to coalesce some page blocks, but the
3506          * allocation failed presumably due to a race. Retry some.
3507          */
3508         if (compact_result == COMPACT_SUCCESS) {
3509                 /*
3510                  * !costly requests are much more important than
3511                  * __GFP_RETRY_MAYFAIL costly ones because they are de
3512                  * facto nofail and invoke OOM killer to move on while
3513                  * costly can fail and users are ready to cope with
3514                  * that. 1/4 retries is rather arbitrary but we would
3515                  * need much more detailed feedback from compaction to
3516                  * make a better decision.
3517                  */
3518                 if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3519                         max_retries /= 4;
3520
3521                 if (++(*compaction_retries) <= max_retries) {
3522                         ret = true;
3523                         goto out;
3524                 }
3525         }
3526
3527         /*
3528          * Compaction failed. Retry with increasing priority.
3529          */
3530         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3531                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3532
3533         if (*compact_priority > min_priority) {
3534                 (*compact_priority)--;
3535                 *compaction_retries = 0;
3536                 ret = true;
3537         }
3538 out:
3539         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3540         return ret;
3541 }
3542 #else
3543 static inline struct page *
3544 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3545                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3546                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3547 {
3548         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3549         return NULL;
3550 }
3551
3552 static inline bool
3553 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3554                      enum compact_result compact_result,
3555                      enum compact_priority *compact_priority,
3556                      int *compaction_retries)
3557 {
3558         struct zone *zone;
3559         struct zoneref *z;
3560
3561         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3562                 return false;
3563
3564         /*
3565          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3566          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3567          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3568          * watermarks are OK.
3569          */
3570         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3571                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3572                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3573                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3574                         return true;
3575         }
3576         return false;
3577 }
3578 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3579
3580 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3581 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3582         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3583
3584 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3585 {
3586         /* no reclaim without waiting on it */
3587         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3588                 return false;
3589
3590         /* this guy won't enter reclaim */
3591         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3592                 return false;
3593
3594         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3595                 return false;
3596
3597         return true;
3598 }
3599
3600 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3601 {
3602         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3603 }
3604
3605 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3606 {
3607         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3608 }
3609
3610 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3611 {
3612         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3613
3614         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3615                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3616                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3617
3618 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3619                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3620                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3621 #endif
3622
3623         }
3624 }
3625 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
3626
3627 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
3628 {
3629         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3630
3631         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3632                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3633                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
3634         }
3635 }
3636 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
3637 #endif
3638
3639 /*
3640  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
3641  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
3642  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
3643  * embedded spin_lock.
3644  */
3645 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
3646
3647 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
3648 {
3649         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3650                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
3651
3652         return 0;
3653 }
3654
3655 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
3656 {
3657         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
3658                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
3659
3660         return seq;
3661 }
3662
3663 /* Perform direct synchronous page reclaim */
3664 static unsigned long
3665 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3666                                         const struct alloc_context *ac)
3667 {
3668         unsigned int noreclaim_flag;
3669         unsigned long progress;
3670
3671         cond_resched();
3672
3673         /* We now go into synchronous reclaim */
3674         cpuset_memory_pressure_bump();
3675         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
3676         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3677
3678         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
3679                                                                 ac->nodemask);
3680
3681         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3682         fs_reclaim_release(gfp_mask);
3683
3684         cond_resched();
3685
3686         return progress;
3687 }
3688
3689 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
3690 static inline struct page *
3691 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3692                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3693                 unsigned long *did_some_progress)
3694 {
3695         struct page *page = NULL;
3696         unsigned long pflags;
3697         bool drained = false;
3698
3699         psi_memstall_enter(&pflags);
3700         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
3701         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
3702                 goto out;
3703
3704 retry:
3705         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3706
3707         /*
3708          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
3709          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
3710          * Shrink them and try again
3711          */
3712         if (!page && !drained) {
3713                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
3714                 drain_all_pages(NULL);
3715                 drained = true;
3716                 goto retry;
3717         }
3718 out:
3719         psi_memstall_leave(&pflags);
3720
3721         return page;
3722 }
3723
3724 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
3725                              const struct alloc_context *ac)
3726 {
3727         struct zoneref *z;
3728         struct zone *zone;
3729         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
3730         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
3731
3732         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
3733                                         ac->nodemask) {
3734                 if (!managed_zone(zone))
3735                         continue;
3736                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3737                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
3738                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3739                 }
3740         }
3741 }
3742
3743 static inline unsigned int
3744 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3745 {
3746         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
3747
3748         /*
3749          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
3750          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3751          * to save two branches.
3752          */
3753         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
3754         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
3755
3756         /*
3757          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
3758          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
3759          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
3760          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
3761          */
3762         alloc_flags |= (__force int)
3763                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
3764
3765         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
3766                 /*
3767                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
3768                  * if it can't schedule.
3769                  */
3770                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
3771                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
3772
3773                         if (order > 0)
3774                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
3775                 }
3776
3777                 /*
3778                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
3779                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
3780                  * cpuset_node_allowed().
3781                  */
3782                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
3783                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
3784         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
3785                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
3786
3787         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
3788
3789         return alloc_flags;
3790 }
3791
3792 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
3793 {
3794         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
3795                 return false;
3796
3797         /*
3798          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
3799          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
3800          */
3801         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
3802                 return false;
3803
3804         return true;
3805 }
3806
3807 /*
3808  * Distinguish requests which really need access to full memory
3809  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
3810  */
3811 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
3812 {
3813         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3814                 return 0;
3815         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
3816                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3817         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
3818                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3819         if (!in_interrupt()) {
3820                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3821                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
3822                 else if (oom_reserves_allowed(current))
3823                         return ALLOC_OOM;
3824         }
3825
3826         return 0;
3827 }
3828
3829 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
3830 {
3831         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
3832 }
3833
3834 /*
3835  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
3836  * for the given allocation request.
3837  *
3838  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
3839  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
3840  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
3841  *
3842  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
3843  */
3844 static inline bool
3845 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
3846                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
3847                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
3848 {
3849         struct zone *zone;
3850         struct zoneref *z;
3851         bool ret = false;
3852
3853         /*
3854          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
3855          * their order will become available due to high fragmentation so
3856          * always increment the no progress counter for them
3857          */
3858         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3859                 *no_progress_loops = 0;
3860         else
3861                 (*no_progress_loops)++;
3862
3863         /*
3864          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
3865          * several times in the row.
3866          */
3867         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
3868                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
3869                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
3870         }
3871
3872         /*
3873          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
3874          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
3875          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
3876          * screwed and have to go OOM.
3877          */
3878         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3879                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3880                 unsigned long available;
3881                 unsigned long reclaimable;
3882                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
3883                 bool wmark;
3884
3885                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
3886                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
3887
3888                 /*
3889                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
3890                  * reclaimable pages?
3891                  */
3892                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
3893                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
3894                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
3895                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
3896                 if (wmark) {
3897                         ret = true;
3898                         break;
3899                 }
3900         }
3901
3902         /*
3903          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
3904          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
3905          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
3906          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
3907          * here rather than calling cond_resched().
3908          */
3909         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
3910                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3911         else
3912                 cond_resched();
3913         return ret;
3914 }
3915
3916 static inline bool
3917 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
3918 {
3919         /*
3920          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
3921          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
3922          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
3923          * such a way the check therein was true, and then it became false
3924          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
3925          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
3926          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
3927          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
3928          * caller can deal with a violated nodemask.
3929          */
3930         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
3931                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
3932                 ac->nodemask = NULL;
3933                 return true;
3934         }
3935
3936         /*
3937          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
3938          * possible to race with parallel threads in such a way that our
3939          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
3940          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
3941          * retry.
3942          */
3943         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
3944                 return true;
3945
3946         return false;
3947 }
3948
3949 static inline struct page *
3950 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3951                                                 struct alloc_context *ac)
3952 {
3953         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
3954         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
3955         struct page *page = NULL;
3956         unsigned int alloc_flags;
3957         unsigned long did_some_progress;
3958         enum compact_priority compact_priority;
3959         enum compact_result compact_result;
3960         int compaction_retries;
3961         int no_progress_loops;
3962         unsigned int cpuset_mems_cookie;
3963         unsigned int zonelist_iter_cookie;
3964         int reserve_flags;
3965
3966 restart:
3967         compaction_retries = 0;
3968         no_progress_loops = 0;
3969         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
3970         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
3971         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
3972
3973         /*
3974          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
3975          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
3976          * alloc_flags precisely. So we do that now.
3977          */
3978         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
3979
3980         /*
3981          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
3982          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
3983          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
3984          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
3985          */
3986         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3987                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
3988         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
3989                 goto nopage;
3990
3991         /*
3992          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
3993          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
3994          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
3995          */
3996         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
3997                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
3998                                         ac->highest_zoneidx,
3999                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4000                 if (!z->zone)
4001                         goto nopage;
4002         }
4003
4004         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4005                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4006
4007         /*
4008          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4009          * that first
4010          */
4011         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4012         if (page)
4013                 goto got_pg;
4014
4015         /*
4016          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4017          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4018          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4019          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4020          * same migratetype.
4021          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4022          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4023          */
4024         if (can_direct_reclaim &&
4025                         (costly_order ||
4026                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4027                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4028                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4029                                                 alloc_flags, ac,
4030                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4031                                                 &compact_result);
4032                 if (page)
4033                         goto got_pg;
4034
4035                 /*
4036                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4037                  * includes some THP page fault allocations
4038                  */
4039                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4040                         /*
4041                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4042                          * failed because all zones are below low watermarks
4043                          * or is prohibited because it recently failed at this
4044                          * order, fail immediately unless the allocator has
4045                          * requested compaction and reclaim retry.
4046                          *
4047                          * Reclaim is
4048                          *  - potentially very expensive because zones are far
4049                          *    below their low watermarks or this is part of very
4050                          *    bursty high order allocations,
4051                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4052                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4053                          *    linear scan, and
4054                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4055                          *    own.
4056                          */
4057                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4058                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4059                                 goto nopage;
4060
4061                         /*
4062                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4063                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4064                          * using async compaction.
4065                          */
4066                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4067                 }
4068         }
4069
4070 retry:
4071         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4072         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4073                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4074
4075         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4076         if (reserve_flags)
4077                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4078                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4079
4080         /*
4081          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4082          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4083          * user oriented.
4084          */
4085         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4086                 ac->nodemask = NULL;
4087                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4088                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4089         }
4090
4091         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4092         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4093         if (page)
4094                 goto got_pg;
4095
4096         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4097         if (!can_direct_reclaim)
4098                 goto nopage;
4099
4100         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4101         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4102                 goto nopage;
4103
4104         /* Try direct reclaim and then allocating */
4105         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4106                                                         &did_some_progress);
4107         if (page)
4108                 goto got_pg;
4109
4110         /* Try direct compaction and then allocating */
4111         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4112                                         compact_priority, &compact_result);
4113         if (page)
4114                 goto got_pg;
4115
4116         /* Do not loop if specifically requested */
4117         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4118                 goto nopage;
4119
4120         /*
4121          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4122          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4123          */
4124         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4125                 goto nopage;
4126
4127         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4128                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4129                 goto retry;
4130
4131         /*
4132          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4133          * reclaim is not able to make any progress because the current
4134          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4135          * of free memory (see __compaction_suitable)
4136          */
4137         if (did_some_progress > 0 &&
4138                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4139                                 compact_result, &compact_priority,
4140                                 &compaction_retries))
4141                 goto retry;
4142
4143
4144         /*
4145          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4146          * a unnecessary OOM kill.
4147          */
4148         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4149             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4150                 goto restart;
4151
4152         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4153         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4154         if (page)
4155                 goto got_pg;
4156
4157         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4158         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4159             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4160              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4161                 goto nopage;
4162
4163         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4164         if (did_some_progress) {
4165                 no_progress_loops = 0;
4166                 goto retry;
4167         }
4168
4169 nopage:
4170         /*
4171          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4172          * a unnecessary OOM kill.
4173          */
4174         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4175             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4176                 goto restart;
4177
4178         /*
4179          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4180          * we always retry
4181          */
4182         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4183                 /*
4184                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4185                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4186                  */
4187                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4188                         goto fail;
4189
4190                 /*
4191                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4192                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4193                  * for somebody to do a work for us
4194                  */
4195                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4196
4197                 /*
4198                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4199                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4200                  * so that we can identify them and convert them to something
4201                  * else.
4202                  */
4203                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4204
4205                 /*
4206                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4207                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4208                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4209                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4210                  * the situation worse.
4211                  */
4212                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4213                 if (page)
4214                         goto got_pg;
4215
4216                 cond_resched();
4217                 goto retry;
4218         }
4219 fail:
4220         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4221                         "page allocation failure: order:%u", order);
4222 got_pg:
4223         return page;
4224 }
4225
4226 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4227                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4228                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4229                 unsigned int *alloc_flags)
4230 {
4231         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4232         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4233         ac->nodemask = nodemask;
4234         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4235
4236         if (cpusets_enabled()) {
4237                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4238                 /*
4239                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4240                  * to the current task context. It means that any node ok.
4241                  */
4242                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4243                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4244                 else
4245                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4246         }
4247
4248         might_alloc(gfp_mask);
4249
4250         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4251                 return false;
4252
4253         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4254
4255         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4256         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4257
4258         /*
4259          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4260          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4261          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4262          */
4263         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4264                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4265
4266         return true;
4267 }
4268
4269 /*
4270  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4271  * @gfp: GFP flags for the allocation
4272  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4273  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4274  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4275  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4276  * @page_array: Optional array to store the pages
4277  *
4278  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4279  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4280  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4281  *
4282  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4283  *
4284  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4285  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4286  *
4287  * Returns the number of pages on the list or array.
4288  */
4289 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4290                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4291                         struct list_head *page_list,
4292                         struct page **page_array)
4293 {
4294         struct page *page;
4295         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4296         struct zone *zone;
4297         struct zoneref *z;
4298         struct per_cpu_pages *pcp;
4299         struct list_head *pcp_list;
4300         struct alloc_context ac;
4301         gfp_t alloc_gfp;
4302         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4303         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4304
4305         /*
4306          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4307          * to be allocated before disabling IRQs.
4308          */
4309         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4310                 nr_populated++;
4311
4312         /* No pages requested? */
4313         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4314                 goto out;
4315
4316         /* Already populated array? */
4317         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4318                 goto out;
4319
4320         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4321         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4322                 goto failed;
4323
4324         /* Use the single page allocator for one page. */
4325         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4326                 goto failed;
4327
4328 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4329         /*
4330          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4331          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4332          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4333          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4334          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4335          */
4336         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4337                 goto failed;
4338 #endif
4339
4340         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4341         gfp &= gfp_allowed_mask;
4342         alloc_gfp = gfp;
4343         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4344                 goto out;
4345         gfp = alloc_gfp;
4346
4347         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4348         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4349                 unsigned long mark;
4350
4351                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4352                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4353                         continue;
4354                 }
4355
4356                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4357                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4358                         goto failed;
4359                 }
4360
4361                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4362                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4363                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4364                                 alloc_flags, gfp)) {
4365                         break;
4366                 }
4367         }
4368
4369         /*
4370          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4371          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4372          */
4373         if (unlikely(!zone))
4374                 goto failed;
4375
4376         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4377         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4378         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4379         if (!pcp)
4380                 goto failed_irq;
4381
4382         /* Attempt the batch allocation */
4383         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4384         while (nr_populated < nr_pages) {
4385
4386                 /* Skip existing pages */
4387                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4388                         nr_populated++;
4389                         continue;
4390                 }
4391
4392                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4393                                                                 pcp, pcp_list);
4394                 if (unlikely(!page)) {
4395                         /* Try and allocate at least one page */
4396                         if (!nr_account) {
4397                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4398                                 goto failed_irq;
4399                         }
4400                         break;
4401                 }
4402                 nr_account++;
4403
4404                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4405                 if (page_list)
4406                         list_add(&page->lru, page_list);
4407                 else
4408                         page_array[nr_populated] = page;
4409                 nr_populated++;
4410         }
4411
4412         pcp_spin_unlock(pcp);
4413         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4414
4415         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4416         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4417
4418 out:
4419         return nr_populated;
4420
4421 failed_irq:
4422         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4423
4424 failed:
4425         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4426         if (page) {
4427                 if (page_list)
4428                         list_add(&page->lru, page_list);
4429                 else
4430                         page_array[nr_populated] = page;
4431                 nr_populated++;
4432         }
4433
4434         goto out;
4435 }
4436 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4437
4438 /*
4439  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4440  */
4441 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4442                                                         nodemask_t *nodemask)
4443 {
4444         struct page *page;
4445         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4446         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4447         struct alloc_context ac = { };
4448
4449         /*
4450          * There are several places where we assume that the order value is sane
4451          * so bail out early if the request is out of bound.
4452          */
4453         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4454                 return NULL;
4455
4456         gfp &= gfp_allowed_mask;
4457         /*
4458          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4459          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4460          * from a particular context which has been marked by
4461          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4462          * movable zones are not used during allocation.
4463          */
4464         gfp = current_gfp_context(gfp);
4465         alloc_gfp = gfp;
4466         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4467                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4468                 return NULL;
4469
4470         /*
4471          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4472          * memory until all local zones are considered.
4473          */
4474         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4475
4476         /* First allocation attempt */
4477         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4478         if (likely(page))
4479                 goto out;
4480
4481         alloc_gfp = gfp;
4482         ac.spread_dirty_pages = false;
4483
4484         /*
4485          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4486          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4487          */
4488         ac.nodemask = nodemask;
4489
4490         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4491
4492 out:
4493         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4494             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4495                 __free_pages(page, order);
4496                 page = NULL;
4497         }
4498
4499         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4500         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4501
4502         return page;
4503 }
4504 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4505
4506 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4507                 nodemask_t *nodemask)
4508 {
4509         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4510                         preferred_nid, nodemask);
4511
4512         if (page && order > 1)
4513                 prep_transhuge_page(page);
4514         return (struct folio *)page;
4515 }
4516 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4517
4518 /*
4519  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4520  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4521  * you need to access high mem.
4522  */
4523 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4524 {
4525         struct page *page;
4526
4527         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4528         if (!page)
4529                 return 0;
4530         return (unsigned long) page_address(page);
4531 }
4532 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4533
4534 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4535 {
4536         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4537 }
4538 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4539
4540 /**
4541  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4542  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4543  * @order: The order of the allocation.
4544  *
4545  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4546  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4547  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4548  * than was allocated will probably emit a warning.
4549  *
4550  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4551  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4552  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4553  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4554  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4555  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4556  *
4557  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4558  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4559  */
4560 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4561 {
4562         /* get PageHead before we drop reference */
4563         int head = PageHead(page);
4564
4565         if (put_page_testzero(page))
4566                 free_the_page(page, order);
4567         else if (!head)
4568                 while (order-- > 0)
4569                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4570 }
4571 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4572
4573 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4574 {
4575         if (addr != 0) {
4576                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4577                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4578         }
4579 }
4580
4581 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4582
4583 /*
4584  * Page Fragment:
4585  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4586  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4587  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4588  *
4589  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4590  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4591  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4592  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4593  */
4594 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4595                                              gfp_t gfp_mask)
4596 {
4597         struct page *page = NULL;
4598         gfp_t gfp = gfp_mask;
4599
4600 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4601         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4602                     __GFP_NOMEMALLOC;
4603         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4604                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4605         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4606 #endif
4607         if (unlikely(!page))
4608                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4609
4610         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4611
4612         return page;
4613 }
4614
4615 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4616 {
4617         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4618
4619         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4620                 free_the_page(page, compound_order(page));
4621 }
4622 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
4623
4624 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
4625                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
4626                       unsigned int align_mask)
4627 {
4628         unsigned int size = PAGE_SIZE;
4629         struct page *page;
4630         int offset;
4631
4632         if (unlikely(!nc->va)) {
4633 refill:
4634                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
4635                 if (!page)
4636                         return NULL;
4637
4638 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4639                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4640                 size = nc->size;
4641 #endif
4642                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
4643                  * This would break get_page_unless_zero() users.
4644                  */
4645                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
4646
4647                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4648                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
4649                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4650                 nc->offset = size;
4651         }
4652
4653         offset = nc->offset - fragsz;
4654         if (unlikely(offset < 0)) {
4655                 page = virt_to_page(nc->va);
4656
4657                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
4658                         goto refill;
4659
4660                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
4661                         free_the_page(page, compound_order(page));
4662                         goto refill;
4663                 }
4664
4665 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4666                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
4667                 size = nc->size;
4668 #endif
4669                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
4670                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
4671
4672                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
4673                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
4674                 offset = size - fragsz;
4675                 if (unlikely(offset < 0)) {
4676                         /*
4677                          * The caller is trying to allocate a fragment
4678                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
4679                          * enough to satisfy the request, this may
4680                          * happen in low memory conditions.
4681                          * We don't release the cache page because
4682                          * it could make memory pressure worse
4683                          * so we simply return NULL here.
4684                          */
4685                         return NULL;
4686                 }
4687         }
4688
4689         nc->pagecnt_bias--;
4690         offset &= align_mask;
4691         nc->offset = offset;
4692
4693         return nc->va + offset;
4694 }
4695 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
4696
4697 /*
4698  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
4699  */
4700 void page_frag_free(void *addr)
4701 {
4702         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
4703
4704         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
4705                 free_the_page(page, compound_order(page));
4706 }
4707 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
4708
4709 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
4710                 size_t size)
4711 {
4712         if (addr) {
4713                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
4714                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
4715                 struct page *last = page + nr;
4716
4717                 split_page_owner(page, 1 << order);
4718                 split_page_memcg(page, 1 << order);
4719                 while (page < --last)
4720                         set_page_refcounted(last);
4721
4722                 last = page + (1UL << order);
4723                 for (page += nr; page < last; page++)
4724                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
4725         }
4726         return (void *)addr;
4727 }
4728
4729 /**
4730  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
4731  * @size: the number of bytes to allocate
4732  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4733  *
4734  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
4735  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
4736  * allocate memory in power-of-two pages.
4737  *
4738  * This function is also limited by MAX_ORDER.
4739  *
4740  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
4741  *
4742  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4743  */
4744 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
4745 {
4746         unsigned int order = get_order(size);
4747         unsigned long addr;
4748
4749         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4750                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4751
4752         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
4753         return make_alloc_exact(addr, order, size);
4754 }
4755 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
4756
4757 /**
4758  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
4759  *                         pages on a node.
4760  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
4761  * @size: the number of bytes to allocate
4762  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
4763  *
4764  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
4765  * back.
4766  *
4767  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
4768  */
4769 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
4770 {
4771         unsigned int order = get_order(size);
4772         struct page *p;
4773
4774         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
4775                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
4776
4777         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
4778         if (!p)
4779                 return NULL;
4780         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
4781 }
4782
4783 /**
4784  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
4785  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
4786  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
4787  *
4788  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
4789  */
4790 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
4791 {
4792         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
4793         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
4794
4795         while (addr < end) {
4796                 free_page(addr);
4797                 addr += PAGE_SIZE;
4798         }
4799 }
4800 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
4801
4802 /**
4803  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
4804  * @offset: The zone index of the highest zone
4805  *
4806  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
4807  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
4808  * zone, the number of pages is calculated as:
4809  *
4810  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
4811  *
4812  * Return: number of pages beyond high watermark.
4813  */
4814 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
4815 {
4816         struct zoneref *z;
4817         struct zone *zone;
4818
4819         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
4820         unsigned long sum = 0;
4821
4822         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
4823
4824         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
4825                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
4826                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
4827                 if (size > high)
4828                         sum += size - high;
4829         }
4830
4831         return sum;
4832 }
4833
4834 /**
4835  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
4836  *
4837  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
4838  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
4839  *
4840  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
4841  * ZONE_NORMAL.
4842  */
4843 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
4844 {
4845         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
4846 }
4847 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
4848
4849 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
4850 {
4851         zoneref->zone = zone;
4852         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
4853 }
4854
4855 /*
4856  * Builds allocation fallback zone lists.
4857  *
4858  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
4859  */
4860 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
4861 {
4862         struct zone *zone;
4863         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
4864         int nr_zones = 0;
4865
4866         do {
4867                 zone_type--;
4868                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
4869                 if (populated_zone(zone)) {
4870                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
4871                         check_highest_zone(zone_type);
4872                 }
4873         } while (zone_type);
4874
4875         return nr_zones;
4876 }
4877
4878 #ifdef CONFIG_NUMA
4879
4880 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
4881 {
4882         /*
4883          * We used to support different zonelists modes but they turned
4884          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
4885          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
4886          * not fail it silently
4887          */
4888         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
4889                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
4890                 return -EINVAL;
4891         }
4892         return 0;
4893 }
4894
4895 static char numa_zonelist_order[] = "Node";
4896 #define NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN 16
4897 /*
4898  * sysctl handler for numa_zonelist_order
4899  */
4900 static int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
4901                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
4902 {
4903         if (write)
4904                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
4905         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
4906 }
4907
4908 static int node_load[MAX_NUMNODES];
4909
4910 /**
4911  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
4912  * @node: node whose fallback list we're appending
4913  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
4914  *
4915  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
4916  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
4917  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
4918  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
4919  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
4920  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
4921  * on them otherwise.
4922  *
4923  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
4924  */
4925 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
4926 {
4927         int n, val;
4928         int min_val = INT_MAX;
4929         int best_node = NUMA_NO_NODE;
4930
4931         /* Use the local node if we haven't already */
4932         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
4933                 node_set(node, *used_node_mask);
4934                 return node;
4935         }
4936
4937         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
4938
4939                 /* Don't want a node to appear more than once */
4940                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
4941                         continue;
4942
4943                 /* Use the distance array to find the distance */
4944                 val = node_distance(node, n);
4945
4946                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
4947                 val += (n < node);
4948
4949                 /* Give preference to headless and unused nodes */
4950                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
4951                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
4952
4953                 /* Slight preference for less loaded node */
4954                 val *= MAX_NUMNODES;
4955                 val += node_load[n];
4956
4957                 if (val < min_val) {
4958                         min_val = val;
4959                         best_node = n;
4960                 }
4961         }
4962
4963         if (best_node >= 0)
4964                 node_set(best_node, *used_node_mask);
4965
4966         return best_node;
4967 }
4968
4969
4970 /*
4971  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
4972  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
4973  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
4974  */
4975 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
4976                 unsigned nr_nodes)
4977 {
4978         struct zoneref *zonerefs;
4979         int i;
4980
4981         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
4982
4983         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
4984                 int nr_zones;
4985
4986                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
4987
4988                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
4989                 zonerefs += nr_zones;
4990         }
4991         zonerefs->zone = NULL;
4992         zonerefs->zone_idx = 0;
4993 }
4994
4995 /*
4996  * Build gfp_thisnode zonelists
4997  */
4998 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
4999 {
5000         struct zoneref *zonerefs;
5001         int nr_zones;
5002
5003         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5004         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5005         zonerefs += nr_zones;
5006         zonerefs->zone = NULL;
5007         zonerefs->zone_idx = 0;
5008 }
5009
5010 /*
5011  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5012  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5013  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5014  * may still exist in local DMA zone.
5015  */
5016
5017 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5018 {
5019         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5020         int node, nr_nodes = 0;
5021         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5022         int local_node, prev_node;
5023
5024         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5025         local_node = pgdat->node_id;
5026         prev_node = local_node;
5027
5028         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5029         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5030                 /*
5031                  * We don't want to pressure a particular node.
5032                  * So adding penalty to the first node in same
5033                  * distance group to make it round-robin.
5034                  */
5035                 if (node_distance(local_node, node) !=
5036                     node_distance(local_node, prev_node))
5037                         node_load[node] += 1;
5038
5039                 node_order[nr_nodes++] = node;
5040                 prev_node = node;
5041         }
5042
5043         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5044         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5045         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5046         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5047                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5048         pr_cont("\n");
5049 }
5050
5051 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5052 /*
5053  * Return node id of node used for "local" allocations.
5054  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5055  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5056  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5057  */
5058 int local_memory_node(int node)
5059 {
5060         struct zoneref *z;
5061
5062         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5063                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5064                                    NULL);
5065         return zone_to_nid(z->zone);
5066 }
5067 #endif
5068
5069 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5070 static void setup_min_slab_ratio(void);
5071 #else   /* CONFIG_NUMA */
5072
5073 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5074 {
5075         int node, local_node;
5076         struct zoneref *zonerefs;
5077         int nr_zones;
5078
5079         local_node = pgdat->node_id;
5080
5081         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5082         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5083         zonerefs += nr_zones;
5084
5085         /*
5086          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5087          * of all the other nodes.
5088          * We don't want to pressure a particular node, so when
5089          * building the zones for node N, we make sure that the
5090          * zones coming right after the local ones are those from
5091          * node N+1 (modulo N)
5092          */
5093         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5094                 if (!node_online(node))
5095                         continue;
5096                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5097                 zonerefs += nr_zones;
5098         }
5099         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5100                 if (!node_online(node))
5101                         continue;
5102                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5103                 zonerefs += nr_zones;
5104         }
5105
5106         zonerefs->zone = NULL;
5107         zonerefs->zone_idx = 0;
5108 }
5109
5110 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5111
5112 /*
5113  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5114  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5115  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5116  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5117  * with interrupts disabled.
5118  *
5119  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5120  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5121  * hotplugged processors.
5122  *
5123  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5124  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5125  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5126  */
5127 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5128 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5129 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5130 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5131 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5132 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5133
5134 static void __build_all_zonelists(void *data)
5135 {
5136         int nid;
5137         int __maybe_unused cpu;
5138         pg_data_t *self = data;
5139         unsigned long flags;
5140
5141         /*
5142          * Explicitly disable this CPU's interrupts before taking seqlock
5143          * to prevent any IRQ handler from calling into the page allocator
5144          * (e.g. GFP_ATOMIC) that could hit zonelist_iter_begin and livelock.
5145          */
5146         local_irq_save(flags);
5147         /*
5148          * Explicitly disable this CPU's synchronous printk() before taking
5149          * seqlock to prevent any printk() from trying to hold port->lock, for
5150          * tty_insert_flip_string_and_push_buffer() on other CPU might be
5151          * calling kmalloc(GFP_ATOMIC | __GFP_NOWARN) with port->lock held.
5152          */
5153         printk_deferred_enter();
5154         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
5155
5156 #ifdef CONFIG_NUMA
5157         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5158 #endif
5159
5160         /*
5161          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5162          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5163          */
5164         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5165                 build_zonelists(self);
5166         } else {
5167                 /*
5168                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5169                  * in free_area_init
5170                  */
5171                 for_each_node(nid) {
5172                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5173
5174                         build_zonelists(pgdat);
5175                 }
5176
5177 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5178                 /*
5179                  * We now know the "local memory node" for each node--
5180                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5181                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5182                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5183                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5184                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5185                  */
5186                 for_each_online_cpu(cpu)
5187                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5188 #endif
5189         }
5190
5191         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
5192         printk_deferred_exit();
5193         local_irq_restore(flags);
5194 }
5195
5196 static noinline void __init
5197 build_all_zonelists_init(void)
5198 {
5199         int cpu;
5200
5201         __build_all_zonelists(NULL);
5202
5203         /*
5204          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5205          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5206          * each zone will be allocated later when the per cpu
5207          * allocator is available.
5208          *
5209          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5210          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5211          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5212          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5213          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5214          * (a chicken-egg dilemma).
5215          */
5216         for_each_possible_cpu(cpu)
5217                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5218
5219         mminit_verify_zonelist();
5220         cpuset_init_current_mems_allowed();
5221 }
5222
5223 /*
5224  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5225  *
5226  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5227  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5228  */
5229 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5230 {
5231         unsigned long vm_total_pages;
5232
5233         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5234                 build_all_zonelists_init();
5235         } else {
5236                 __build_all_zonelists(pgdat);
5237                 /* cpuset refresh routine should be here */
5238         }
5239         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5240         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5241         /*
5242          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5243          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5244          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5245          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5246          * disabled and enable it later
5247          */
5248         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5249                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5250         else
5251                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5252
5253         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5254                 nr_online_nodes,
5255                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5256                 vm_total_pages);
5257 #ifdef CONFIG_NUMA
5258         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
5259 #endif
5260 }
5261
5262 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
5263 {
5264 #ifdef CONFIG_MMU
5265         int batch;
5266
5267         /*
5268          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
5269          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
5270          * size is striking a balance between allocation latency
5271          * and zone lock contention.
5272          */
5273         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
5274         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
5275         if (batch < 1)
5276                 batch = 1;
5277
5278         /*
5279          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
5280          * of 2 value was found to be more likely to have
5281          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
5282          *
5283          * For example if 2 tasks are alternately allocating
5284          * batches of pages, one task can end up with a lot
5285          * of pages of one half of the possible page colors
5286          * and the other with pages of the other colors.
5287          */
5288         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
5289
5290         return batch;
5291
5292 #else
5293         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
5294          * conditions.
5295          *
5296          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
5297          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
5298          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
5299          *
5300          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
5301          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
5302          * can be a significant delay between the individual batches being
5303          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
5304          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
5305          */
5306         return 0;
5307 #endif
5308 }
5309
5310 static int percpu_pagelist_high_fraction;
5311 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
5312 {
5313 #ifdef CONFIG_MMU
5314         int high;
5315         int nr_split_cpus;
5316         unsigned long total_pages;
5317
5318         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
5319                 /*
5320                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
5321                  * low watermark so that if they are full then background
5322                  * reclaim will not be started prematurely.
5323                  */
5324                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
5325         } else {
5326                 /*
5327                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
5328                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
5329                  * zone.
5330                  */
5331                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
5332         }
5333
5334         /*
5335          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
5336          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
5337          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
5338          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
5339          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
5340          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
5341          */
5342         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
5343         if (!nr_split_cpus)
5344                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
5345         high = total_pages / nr_split_cpus;
5346
5347         /*
5348          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
5349          * historical relationship between high and batch.
5350          */
5351         high = max(high, batch << 2);
5352
5353         return high;
5354 #else
5355         return 0;
5356 #endif
5357 }
5358
5359 /*
5360  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
5361  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
5362  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
5363  *
5364  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
5365  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
5366  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
5367  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
5368  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
5369  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
5370  *
5371  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
5372  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
5373  * exist).
5374  */
5375 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
5376                 unsigned long batch)
5377 {
5378         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
5379         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
5380 }
5381
5382 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
5383 {
5384         int pindex;
5385
5386         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
5387         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
5388
5389         spin_lock_init(&pcp->lock);
5390         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
5391                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
5392
5393         /*
5394          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
5395          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
5396          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
5397          * pageset yet.
5398          */
5399         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
5400         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5401         pcp->free_factor = 0;
5402 }
5403
5404 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
5405                 unsigned long batch)
5406 {
5407         struct per_cpu_pages *pcp;
5408         int cpu;
5409
5410         for_each_possible_cpu(cpu) {
5411                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5412                 pageset_update(pcp, high, batch);
5413         }
5414 }
5415
5416 /*
5417  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
5418  * zone based on the zone's size.
5419  */
5420 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
5421 {
5422         int new_high, new_batch;
5423
5424         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
5425         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
5426
5427         if (zone->pageset_high == new_high &&
5428             zone->pageset_batch == new_batch)
5429                 return;
5430
5431         zone->pageset_high = new_high;
5432         zone->pageset_batch = new_batch;
5433
5434         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
5435 }
5436
5437 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
5438 {
5439         int cpu;
5440
5441         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
5442         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
5443                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
5444
5445         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
5446         for_each_possible_cpu(cpu) {
5447                 struct per_cpu_pages *pcp;
5448                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
5449
5450                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
5451                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
5452                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
5453         }
5454
5455         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5456 }
5457
5458 /*
5459  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
5460  * page high values need to be recalculated.
5461  */
5462 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
5463 {
5464         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5465         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
5466         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5467 }
5468
5469 /*
5470  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
5471  * Before this call only boot pagesets were available.
5472  */
5473 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
5474 {
5475         struct pglist_data *pgdat;
5476         struct zone *zone;
5477         int __maybe_unused cpu;
5478
5479         for_each_populated_zone(zone)
5480                 setup_zone_pageset(zone);
5481
5482 #ifdef CONFIG_NUMA
5483         /*
5484          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
5485          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
5486          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
5487          * the nodes these zones are associated with.
5488          */
5489         for_each_possible_cpu(cpu) {
5490                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
5491                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
5492                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
5493         }
5494 #endif
5495
5496         for_each_online_pgdat(pgdat)
5497                 pgdat->per_cpu_nodestats =
5498                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
5499 }
5500
5501 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
5502 {
5503         /*
5504          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
5505          * relies on the ability of the linker to provide the
5506          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
5507          */
5508         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
5509         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
5510         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
5511         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
5512
5513         if (populated_zone(zone))
5514                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
5515                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
5516 }
5517
5518 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
5519 {
5520         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
5521         totalram_pages_add(count);
5522 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5523         if (PageHighMem(page))
5524                 totalhigh_pages_add(count);
5525 #endif
5526 }
5527 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
5528
5529 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
5530 {
5531         void *pos;
5532         unsigned long pages = 0;
5533
5534         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
5535         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
5536         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
5537                 struct page *page = virt_to_page(pos);
5538                 void *direct_map_addr;
5539
5540                 /*
5541                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
5542                  * because some architectures' virt_to_page()
5543                  * work with aliases.  Getting the direct map
5544                  * address ensures that we get a _writeable_
5545                  * alias for the memset().
5546                  */
5547                 direct_map_addr = page_address(page);
5548                 /*
5549                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
5550                  * has not been initialized.
5551                  */
5552                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
5553                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
5554                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
5555
5556                 free_reserved_page(page);
5557         }
5558
5559         if (pages && s)
5560                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
5561
5562         return pages;
5563 }
5564
5565 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
5566 {
5567         struct zone *zone;
5568
5569         lru_add_drain_cpu(cpu);
5570         mlock_drain_remote(cpu);
5571         drain_pages(cpu);
5572
5573         /*
5574          * Spill the event counters of the dead processor
5575          * into the current processors event counters.
5576          * This artificially elevates the count of the current
5577          * processor.
5578          */
5579         vm_events_fold_cpu(cpu);
5580
5581         /*
5582          * Zero the differential counters of the dead processor
5583          * so that the vm statistics are consistent.
5584          *
5585          * This is only okay since the processor is dead and cannot
5586          * race with what we are doing.
5587          */
5588         cpu_vm_stats_fold(cpu);
5589
5590         for_each_populated_zone(zone)
5591                 zone_pcp_update(zone, 0);
5592
5593         return 0;
5594 }
5595
5596 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
5597 {
5598         struct zone *zone;
5599
5600         for_each_populated_zone(zone)
5601                 zone_pcp_update(zone, 1);
5602         return 0;
5603 }
5604
5605 void __init page_alloc_init_cpuhp(void)
5606 {
5607         int ret;
5608
5609         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
5610                                         "mm/page_alloc:pcp",
5611                                         page_alloc_cpu_online,
5612                                         page_alloc_cpu_dead);
5613         WARN_ON(ret < 0);
5614 }
5615
5616 /*
5617  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
5618  *      or min_free_kbytes changes.
5619  */
5620 static void calculate_totalreserve_pages(void)
5621 {
5622         struct pglist_data *pgdat;
5623         unsigned long reserve_pages = 0;
5624         enum zone_type i, j;
5625
5626         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5627
5628                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
5629
5630                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5631                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
5632                         long max = 0;
5633                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
5634
5635                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
5636                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5637                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
5638                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
5639                         }
5640
5641                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
5642                         max += high_wmark_pages(zone);
5643
5644                         if (max > managed_pages)
5645                                 max = managed_pages;
5646
5647                         pgdat->totalreserve_pages += max;
5648
5649                         reserve_pages += max;
5650                 }
5651         }
5652         totalreserve_pages = reserve_pages;
5653 }
5654
5655 /*
5656  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
5657  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
5658  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
5659  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
5660  */
5661 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
5662 {
5663         struct pglist_data *pgdat;
5664         enum zone_type i, j;
5665
5666         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5667                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
5668                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
5669                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
5670                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
5671                         unsigned long managed_pages = 0;
5672
5673                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
5674                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
5675
5676                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
5677
5678                                 if (clear)
5679                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
5680                                 else
5681                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
5682                         }
5683                 }
5684         }
5685
5686         /* update totalreserve_pages */
5687         calculate_totalreserve_pages();
5688 }
5689
5690 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
5691 {
5692         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
5693         unsigned long lowmem_pages = 0;
5694         struct zone *zone;
5695         unsigned long flags;
5696
5697         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
5698         for_each_zone(zone) {
5699                 if (!is_highmem(zone))
5700                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
5701         }
5702
5703         for_each_zone(zone) {
5704                 u64 tmp;
5705
5706                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5707                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
5708                 do_div(tmp, lowmem_pages);
5709                 if (is_highmem(zone)) {
5710                         /*
5711                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
5712                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
5713                          * value here.
5714                          *
5715                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
5716                          * deltas control async page reclaim, and so should
5717                          * not be capped for highmem.
5718                          */
5719                         unsigned long min_pages;
5720
5721                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
5722                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
5723                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
5724                 } else {
5725                         /*
5726                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
5727                          * proportionate to the zone's size.
5728                          */
5729                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
5730                 }
5731
5732                 /*
5733                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
5734                  * scale factor in proportion to available memory, but
5735                  * ensure a minimum size on small systems.
5736                  */
5737                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
5738                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
5739                                       watermark_scale_factor, 10000));
5740
5741                 zone->watermark_boost = 0;
5742                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
5743                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
5744                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
5745
5746                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5747         }
5748
5749         /* update totalreserve_pages */
5750         calculate_totalreserve_pages();
5751 }
5752
5753 /**
5754  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
5755  * or when memory is hot-{added|removed}
5756  *
5757  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
5758  * correctly with respect to min_free_kbytes.
5759  */
5760 void setup_per_zone_wmarks(void)
5761 {
5762         struct zone *zone;
5763         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
5764
5765         spin_lock(&lock);
5766         __setup_per_zone_wmarks();
5767         spin_unlock(&lock);
5768
5769         /*
5770          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
5771          * and high limits or the limits may be inappropriate.
5772          */
5773         for_each_zone(zone)
5774                 zone_pcp_update(zone, 0);
5775 }
5776
5777 /*
5778  * Initialise min_free_kbytes.
5779  *
5780  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
5781  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
5782  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
5783  *
5784  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
5785  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
5786  *
5787  * which yields
5788  *
5789  * 16MB:        512k
5790  * 32MB:        724k
5791  * 64MB:        1024k
5792  * 128MB:       1448k
5793  * 256MB:       2048k
5794  * 512MB:       2896k
5795  * 1024MB:      4096k
5796  * 2048MB:      5792k
5797  * 4096MB:      8192k
5798  * 8192MB:      11584k
5799  * 16384MB:     16384k
5800  */
5801 void calculate_min_free_kbytes(void)
5802 {
5803         unsigned long lowmem_kbytes;
5804         int new_min_free_kbytes;
5805
5806         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
5807         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
5808
5809         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
5810                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
5811         else
5812                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
5813                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
5814
5815 }
5816
5817 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
5818 {
5819         calculate_min_free_kbytes();
5820         setup_per_zone_wmarks();
5821         refresh_zone_stat_thresholds();
5822         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5823
5824 #ifdef CONFIG_NUMA
5825         setup_min_unmapped_ratio();
5826         setup_min_slab_ratio();
5827 #endif
5828
5829         khugepaged_min_free_kbytes_update();
5830
5831         return 0;
5832 }
5833 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
5834
5835 /*
5836  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
5837  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
5838  *      changes.
5839  */
5840 static int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5841                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5842 {
5843         int rc;
5844
5845         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5846         if (rc)
5847                 return rc;
5848
5849         if (write) {
5850                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
5851                 setup_per_zone_wmarks();
5852         }
5853         return 0;
5854 }
5855
5856 static int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5857                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5858 {
5859         int rc;
5860
5861         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5862         if (rc)
5863                 return rc;
5864
5865         if (write)
5866                 setup_per_zone_wmarks();
5867
5868         return 0;
5869 }
5870
5871 #ifdef CONFIG_NUMA
5872 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
5873 {
5874         pg_data_t *pgdat;
5875         struct zone *zone;
5876
5877         for_each_online_pgdat(pgdat)
5878                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
5879
5880         for_each_zone(zone)
5881                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
5882                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
5883 }
5884
5885
5886 static int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5887                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5888 {
5889         int rc;
5890
5891         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5892         if (rc)
5893                 return rc;
5894
5895         setup_min_unmapped_ratio();
5896
5897         return 0;
5898 }
5899
5900 static void setup_min_slab_ratio(void)
5901 {
5902         pg_data_t *pgdat;
5903         struct zone *zone;
5904
5905         for_each_online_pgdat(pgdat)
5906                 pgdat->min_slab_pages = 0;
5907
5908         for_each_zone(zone)
5909                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
5910                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
5911 }
5912
5913 static int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
5914                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5915 {
5916         int rc;
5917
5918         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5919         if (rc)
5920                 return rc;
5921
5922         setup_min_slab_ratio();
5923
5924         return 0;
5925 }
5926 #endif
5927
5928 /*
5929  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
5930  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
5931  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
5932  *
5933  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
5934  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
5935  * if in function of the boot time zone sizes.
5936  */
5937 static int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
5938                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5939 {
5940         int i;
5941
5942         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5943
5944         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
5945                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
5946                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
5947         }
5948
5949         setup_per_zone_lowmem_reserve();
5950         return 0;
5951 }
5952
5953 /*
5954  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
5955  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
5956  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
5957  */
5958 static int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
5959                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5960 {
5961         struct zone *zone;
5962         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
5963         int ret;
5964
5965         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
5966         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
5967
5968         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
5969         if (!write || ret < 0)
5970                 goto out;
5971
5972         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
5973         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
5974             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
5975                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
5976                 ret = -EINVAL;
5977                 goto out;
5978         }
5979
5980         /* No change? */
5981         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
5982                 goto out;
5983
5984         for_each_populated_zone(zone)
5985                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
5986 out:
5987         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
5988         return ret;
5989 }
5990
5991 static struct ctl_table page_alloc_sysctl_table[] = {
5992         {
5993                 .procname       = "min_free_kbytes",
5994                 .data           = &min_free_kbytes,
5995                 .maxlen         = sizeof(min_free_kbytes),
5996                 .mode           = 0644,
5997                 .proc_handler   = min_free_kbytes_sysctl_handler,
5998                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
5999         },
6000         {
6001                 .procname       = "watermark_boost_factor",
6002                 .data           = &watermark_boost_factor,
6003                 .maxlen         = sizeof(watermark_boost_factor),
6004                 .mode           = 0644,
6005                 .proc_handler   = proc_dointvec_minmax,
6006                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6007         },
6008         {
6009                 .procname       = "watermark_scale_factor",
6010                 .data           = &watermark_scale_factor,
6011                 .maxlen         = sizeof(watermark_scale_factor),
6012                 .mode           = 0644,
6013                 .proc_handler   = watermark_scale_factor_sysctl_handler,
6014                 .extra1         = SYSCTL_ONE,
6015                 .extra2         = SYSCTL_THREE_THOUSAND,
6016         },
6017         {
6018                 .procname       = "percpu_pagelist_high_fraction",
6019                 .data           = &percpu_pagelist_high_fraction,
6020                 .maxlen         = sizeof(percpu_pagelist_high_fraction),
6021                 .mode           = 0644,
6022                 .proc_handler   = percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler,
6023                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6024         },
6025         {
6026                 .procname       = "lowmem_reserve_ratio",
6027                 .data           = &sysctl_lowmem_reserve_ratio,
6028                 .maxlen         = sizeof(sysctl_lowmem_reserve_ratio),
6029                 .mode           = 0644,
6030                 .proc_handler   = lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler,
6031         },
6032 #ifdef CONFIG_NUMA
6033         {
6034                 .procname       = "numa_zonelist_order",
6035                 .data           = &numa_zonelist_order,
6036                 .maxlen         = NUMA_ZONELIST_ORDER_LEN,
6037                 .mode           = 0644,
6038                 .proc_handler   = numa_zonelist_order_handler,
6039         },
6040         {
6041                 .procname       = "min_unmapped_ratio",
6042                 .data           = &sysctl_min_unmapped_ratio,
6043                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_unmapped_ratio),
6044                 .mode           = 0644,
6045                 .proc_handler   = sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler,
6046                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6047                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6048         },
6049         {
6050                 .procname       = "min_slab_ratio",
6051                 .data           = &sysctl_min_slab_ratio,
6052                 .maxlen         = sizeof(sysctl_min_slab_ratio),
6053                 .mode           = 0644,
6054                 .proc_handler   = sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler,
6055                 .extra1         = SYSCTL_ZERO,
6056                 .extra2         = SYSCTL_ONE_HUNDRED,
6057         },
6058 #endif
6059         {}
6060 };
6061
6062 void __init page_alloc_sysctl_init(void)
6063 {
6064         register_sysctl_init("vm", page_alloc_sysctl_table);
6065 }
6066
6067 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6068 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6069 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6070 {
6071         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6072
6073         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6074                 struct page *page;
6075
6076                 dump_stack();
6077                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6078                         dump_page(page, "migration failure");
6079         }
6080 }
6081
6082 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6083 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6084                                         unsigned long start, unsigned long end)
6085 {
6086         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6087         unsigned int nr_reclaimed;
6088         unsigned long pfn = start;
6089         unsigned int tries = 0;
6090         int ret = 0;
6091         struct migration_target_control mtc = {
6092                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6093                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6094         };
6095
6096         lru_cache_disable();
6097
6098         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6099                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6100                         ret = -EINTR;
6101                         break;
6102                 }
6103
6104                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6105                         cc->nr_migratepages = 0;
6106                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6107                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6108                                 break;
6109                         pfn = cc->migrate_pfn;
6110                         tries = 0;
6111                 } else if (++tries == 5) {
6112                         ret = -EBUSY;
6113                         break;
6114                 }
6115
6116                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6117                                                         &cc->migratepages);
6118                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6119
6120                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6121                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6122
6123                 /*
6124                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6125                  * to retry again over this error, so do the same here.
6126                  */
6127                 if (ret == -ENOMEM)
6128                         break;
6129         }
6130
6131         lru_cache_enable();
6132         if (ret < 0) {
6133                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6134                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6135                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6136                 return ret;
6137         }
6138         return 0;
6139 }
6140
6141 /**
6142  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6143  * @start:      start PFN to allocate
6144  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6145  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6146  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6147  *                      in range must have the same migratetype and it must
6148  *                      be either of the two.
6149  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6150  *
6151  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6152  * belong to a single zone.
6153  *
6154  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6155  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6156  * be modified by others.
6157  *
6158  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6159  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6160  * need to be freed with free_contig_range().
6161  */
6162 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6163                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6164 {
6165         unsigned long outer_start, outer_end;
6166         int order;
6167         int ret = 0;
6168
6169         struct compact_control cc = {
6170                 .nr_migratepages = 0,
6171                 .order = -1,
6172                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6173                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6174                 .ignore_skip_hint = true,
6175                 .no_set_skip_hint = true,
6176                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6177                 .alloc_contig = true,
6178         };
6179         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6180
6181         /*
6182          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6183          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6184          * have different sizes, and due to the way page allocator
6185          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6186          *
6187          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6188          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6189          * we are interested in). This will put all the pages in
6190          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6191          *
6192          * When this is done, we take the pages in range from page
6193          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6194          * page allocator will never consider using them.
6195          *
6196          * This lets us mark the pageblocks back as
6197          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6198          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6199          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6200          */
6201
6202         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6203         if (ret)
6204                 goto done;
6205
6206         drain_all_pages(cc.zone);
6207
6208         /*
6209          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6210          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6211          * which will report the busy page.
6212          *
6213          * It is possible that busy pages could become available before
6214          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6215          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6216          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6217          */
6218         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6219         if (ret && ret != -EBUSY)
6220                 goto done;
6221         ret = 0;
6222
6223         /*
6224          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6225          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6226          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6227          * What we are going to do is to allocate all pages from
6228          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6229          *
6230          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6231          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6232          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6233          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6234          * once this is done free the pages we are not interested in.
6235          *
6236          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6237          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6238          */
6239
6240         order = 0;
6241         outer_start = start;
6242         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6243                 if (++order > MAX_ORDER) {
6244                         outer_start = start;
6245                         break;
6246                 }
6247                 outer_start &= ~0UL << order;
6248         }
6249
6250         if (outer_start != start) {
6251                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6252
6253                 /*
6254                  * outer_start page could be small order buddy page and
6255                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6256                  * in this case to report failed page properly
6257                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6258                  */
6259                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
6260                         outer_start = start;
6261         }
6262
6263         /* Make sure the range is really isolated. */
6264         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
6265                 ret = -EBUSY;
6266                 goto done;
6267         }
6268
6269         /* Grab isolated pages from freelists. */
6270         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
6271         if (!outer_end) {
6272                 ret = -EBUSY;
6273                 goto done;
6274         }
6275
6276         /* Free head and tail (if any) */
6277         if (start != outer_start)
6278                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
6279         if (end != outer_end)
6280                 free_contig_range(end, outer_end - end);
6281
6282 done:
6283         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
6284         return ret;
6285 }
6286 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
6287
6288 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
6289                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
6290 {
6291         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6292
6293         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
6294                                   gfp_mask);
6295 }
6296
6297 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
6298                                    unsigned long nr_pages)
6299 {
6300         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
6301         struct page *page;
6302
6303         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
6304                 page = pfn_to_online_page(i);
6305                 if (!page)
6306                         return false;
6307
6308                 if (page_zone(page) != z)
6309                         return false;
6310
6311                 if (PageReserved(page))
6312                         return false;
6313
6314                 if (PageHuge(page))
6315                         return false;
6316         }
6317         return true;
6318 }
6319
6320 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
6321                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
6322 {
6323         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
6324
6325         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
6326 }
6327
6328 /**
6329  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
6330  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
6331  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
6332  * @nid:        Target node
6333  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
6334  *
6335  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
6336  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
6337  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
6338  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
6339  *
6340  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
6341  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
6342  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
6343  *
6344  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
6345  * __free_page() on each allocated page.
6346  *
6347  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
6348  */
6349 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
6350                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
6351 {
6352         unsigned long ret, pfn, flags;
6353         struct zonelist *zonelist;
6354         struct zone *zone;
6355         struct zoneref *z;
6356
6357         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
6358         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
6359                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
6360                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6361
6362                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
6363                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
6364                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
6365                                 /*
6366                                  * We release the zone lock here because
6367                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
6368                                  * at some point. If there's an allocation
6369                                  * spinning on this lock, it may win the race
6370                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
6371                                  */
6372                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6373                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
6374                                                         gfp_mask);
6375                                 if (!ret)
6376                                         return pfn_to_page(pfn);
6377                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6378                         }
6379                         pfn += nr_pages;
6380                 }
6381                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6382         }
6383         return NULL;
6384 }
6385 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
6386
6387 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
6388 {
6389         unsigned long count = 0;
6390
6391         for (; nr_pages--; pfn++) {
6392                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
6393
6394                 count += page_count(page) != 1;
6395                 __free_page(page);
6396         }
6397         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
6398 }
6399 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
6400
6401 /*
6402  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
6403  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
6404  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
6405  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
6406  *
6407  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
6408  */
6409 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
6410 {
6411         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6412         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
6413         __drain_all_pages(zone, true);
6414 }
6415
6416 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
6417 {
6418         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
6419         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6420 }
6421
6422 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
6423 {
6424         int cpu;
6425         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6426
6427         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
6428                 for_each_online_cpu(cpu) {
6429                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6430                         drain_zonestat(zone, pzstats);
6431                 }
6432                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
6433                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6434                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
6435                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
6436                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6437                 }
6438         }
6439 }
6440
6441 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
6442 /*
6443  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
6444  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
6445  */
6446 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
6447 {
6448         unsigned long pfn = start_pfn;
6449         struct page *page;
6450         struct zone *zone;
6451         unsigned int order;
6452         unsigned long flags;
6453
6454         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
6455         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
6456         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6457         while (pfn < end_pfn) {
6458                 page = pfn_to_page(pfn);
6459                 /*
6460                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
6461                  * page_count() is not 0.
6462                  */
6463                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
6464                         pfn++;
6465                         continue;
6466                 }
6467                 /*
6468                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
6469                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
6470                  */
6471                 if (PageOffline(page)) {
6472                         BUG_ON(page_count(page));
6473                         BUG_ON(PageBuddy(page));
6474                         pfn++;
6475                         continue;
6476                 }
6477
6478                 BUG_ON(page_count(page));
6479                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
6480                 order = buddy_order(page);
6481                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
6482                 pfn += (1 << order);
6483         }
6484         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6485 }
6486 #endif
6487
6488 /*
6489  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
6490  */
6491 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
6492 {
6493         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6494         unsigned int order;
6495
6496         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6497                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6498
6499                 if (PageBuddy(page_head) &&
6500                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
6501                         break;
6502         }
6503
6504         return order <= MAX_ORDER;
6505 }
6506 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
6507
6508 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
6509 /*
6510  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
6511  * buddy allocator.
6512  */
6513 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
6514                                    struct page *target, int low, int high,
6515                                    int migratetype)
6516 {
6517         unsigned long size = 1 << high;
6518         struct page *current_buddy, *next_page;
6519
6520         while (high > low) {
6521                 high--;
6522                 size >>= 1;
6523
6524                 if (target >= &page[size]) {
6525                         next_page = page + size;
6526                         current_buddy = page;
6527                 } else {
6528                         next_page = page;
6529                         current_buddy = page + size;
6530                 }
6531
6532                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
6533                         continue;
6534
6535                 if (current_buddy != target) {
6536                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
6537                         set_buddy_order(current_buddy, high);
6538                         page = next_page;
6539                 }
6540         }
6541 }
6542
6543 /*
6544  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
6545  */
6546 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
6547 {
6548         struct zone *zone = page_zone(page);
6549         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6550         unsigned long flags;
6551         unsigned int order;
6552         bool ret = false;
6553
6554         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6555         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
6556                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
6557                 int page_order = buddy_order(page_head);
6558
6559                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
6560                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
6561                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
6562                                                                    pfn_head);
6563
6564                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
6565                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
6566                                                 page_order, migratetype);
6567                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
6568                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
6569                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
6570                         ret = true;
6571                         break;
6572                 }
6573                 if (page_count(page_head) > 0)
6574                         break;
6575         }
6576         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6577         return ret;
6578 }
6579
6580 /*
6581  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
6582  */
6583 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
6584 {
6585         struct zone *zone = page_zone(page);
6586         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
6587         unsigned long flags;
6588         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
6589         bool ret = false;
6590
6591         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6592         if (put_page_testzero(page)) {
6593                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
6594                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
6595                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
6596                         ret = true;
6597                 }
6598         }
6599         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6600
6601         return ret;
6602 }
6603 #endif
6604
6605 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
6606 bool has_managed_dma(void)
6607 {
6608         struct pglist_data *pgdat;
6609
6610         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6611                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
6612
6613                 if (managed_zone(zone))
6614                         return true;
6615         }
6616         return false;
6617 }
6618 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */
6619
6620 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
6621
6622 /* Counts number of zones with unaccepted pages. */
6623 static DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(zones_with_unaccepted_pages);
6624
6625 static bool lazy_accept = true;
6626
6627 static int __init accept_memory_parse(char *p)
6628 {
6629         if (!strcmp(p, "lazy")) {
6630                 lazy_accept = true;
6631                 return 0;
6632         } else if (!strcmp(p, "eager")) {
6633                 lazy_accept = false;
6634                 return 0;
6635         } else {
6636                 return -EINVAL;
6637         }
6638 }
6639 early_param("accept_memory", accept_memory_parse);
6640
6641 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6642 {
6643         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6644         phys_addr_t end = start + (PAGE_SIZE << order);
6645
6646         return range_contains_unaccepted_memory(start, end);
6647 }
6648
6649 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6650 {
6651         phys_addr_t start = page_to_phys(page);
6652
6653         accept_memory(start, start + (PAGE_SIZE << order));
6654 }
6655
6656 static bool try_to_accept_memory_one(struct zone *zone)
6657 {
6658         unsigned long flags;
6659         struct page *page;
6660         bool last;
6661
6662         if (list_empty(&zone->unaccepted_pages))
6663                 return false;
6664
6665         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6666         page = list_first_entry_or_null(&zone->unaccepted_pages,
6667                                         struct page, lru);
6668         if (!page) {
6669                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6670                 return false;
6671         }
6672
6673         list_del(&page->lru);
6674         last = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6675
6676         __mod_zone_freepage_state(zone, -MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6677         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, -MAX_ORDER_NR_PAGES);
6678         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6679
6680         accept_page(page, MAX_ORDER);
6681
6682         __free_pages_ok(page, MAX_ORDER, FPI_TO_TAIL);
6683
6684         if (last)
6685                 static_branch_dec(&zones_with_unaccepted_pages);
6686
6687         return true;
6688 }
6689
6690 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6691 {
6692         long to_accept;
6693         int ret = false;
6694
6695         /* How much to accept to get to high watermark? */
6696         to_accept = high_wmark_pages(zone) -
6697                     (zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) -
6698                     __zone_watermark_unusable_free(zone, order, 0));
6699
6700         /* Accept at least one page */
6701         do {
6702                 if (!try_to_accept_memory_one(zone))
6703                         break;
6704                 ret = true;
6705                 to_accept -= MAX_ORDER_NR_PAGES;
6706         } while (to_accept > 0);
6707
6708         return ret;
6709 }
6710
6711 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6712 {
6713         return static_branch_unlikely(&zones_with_unaccepted_pages);
6714 }
6715
6716 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6717 {
6718         struct zone *zone = page_zone(page);
6719         unsigned long flags;
6720         bool first = false;
6721
6722         if (!lazy_accept)
6723                 return false;
6724
6725         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6726         first = list_empty(&zone->unaccepted_pages);
6727         list_add_tail(&page->lru, &zone->unaccepted_pages);
6728         __mod_zone_freepage_state(zone, MAX_ORDER_NR_PAGES, MIGRATE_MOVABLE);
6729         __mod_zone_page_state(zone, NR_UNACCEPTED, MAX_ORDER_NR_PAGES);
6730         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6731
6732         if (first)
6733                 static_branch_inc(&zones_with_unaccepted_pages);
6734
6735         return true;
6736 }
6737
6738 #else
6739
6740 static bool page_contains_unaccepted(struct page *page, unsigned int order)
6741 {
6742         return false;
6743 }
6744
6745 static void accept_page(struct page *page, unsigned int order)
6746 {
6747 }
6748
6749 static bool try_to_accept_memory(struct zone *zone, unsigned int order)
6750 {
6751         return false;
6752 }
6753
6754 static inline bool has_unaccepted_memory(void)
6755 {
6756         return false;
6757 }
6758
6759 static bool __free_unaccepted(struct page *page)
6760 {
6761         BUILD_BUG();
6762         return false;
6763 }
6764
6765 #endif /* CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY */