8adc70b6034d00d1ca7b0c6e22f58876ae8a60d1
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / page_alloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  linux/mm/page_alloc.c
4  *
5  *  Manages the free list, the system allocates free pages here.
6  *  Note that kmalloc() lives in slab.c
7  *
8  *  Copyright (C) 1991, 1992, 1993, 1994  Linus Torvalds
9  *  Swap reorganised 29.12.95, Stephen Tweedie
10  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
11  *  Reshaped it to be a zoned allocator, Ingo Molnar, Red Hat, 1999
12  *  Discontiguous memory support, Kanoj Sarcar, SGI, Nov 1999
13  *  Zone balancing, Kanoj Sarcar, SGI, Jan 2000
14  *  Per cpu hot/cold page lists, bulk allocation, Martin J. Bligh, Sept 2002
15  *          (lots of bits borrowed from Ingo Molnar & Andrew Morton)
16  */
17
18 #include <linux/stddef.h>
19 #include <linux/mm.h>
20 #include <linux/highmem.h>
21 #include <linux/swap.h>
22 #include <linux/swapops.h>
23 #include <linux/interrupt.h>
24 #include <linux/pagemap.h>
25 #include <linux/jiffies.h>
26 #include <linux/memblock.h>
27 #include <linux/compiler.h>
28 #include <linux/kernel.h>
29 #include <linux/kasan.h>
30 #include <linux/kmsan.h>
31 #include <linux/module.h>
32 #include <linux/suspend.h>
33 #include <linux/pagevec.h>
34 #include <linux/blkdev.h>
35 #include <linux/slab.h>
36 #include <linux/ratelimit.h>
37 #include <linux/oom.h>
38 #include <linux/topology.h>
39 #include <linux/sysctl.h>
40 #include <linux/cpu.h>
41 #include <linux/cpuset.h>
42 #include <linux/memory_hotplug.h>
43 #include <linux/nodemask.h>
44 #include <linux/vmalloc.h>
45 #include <linux/vmstat.h>
46 #include <linux/mempolicy.h>
47 #include <linux/memremap.h>
48 #include <linux/stop_machine.h>
49 #include <linux/random.h>
50 #include <linux/sort.h>
51 #include <linux/pfn.h>
52 #include <linux/backing-dev.h>
53 #include <linux/fault-inject.h>
54 #include <linux/page-isolation.h>
55 #include <linux/debugobjects.h>
56 #include <linux/kmemleak.h>
57 #include <linux/compaction.h>
58 #include <trace/events/kmem.h>
59 #include <trace/events/oom.h>
60 #include <linux/prefetch.h>
61 #include <linux/mm_inline.h>
62 #include <linux/mmu_notifier.h>
63 #include <linux/migrate.h>
64 #include <linux/hugetlb.h>
65 #include <linux/sched/rt.h>
66 #include <linux/sched/mm.h>
67 #include <linux/page_owner.h>
68 #include <linux/page_table_check.h>
69 #include <linux/kthread.h>
70 #include <linux/memcontrol.h>
71 #include <linux/ftrace.h>
72 #include <linux/lockdep.h>
73 #include <linux/nmi.h>
74 #include <linux/psi.h>
75 #include <linux/khugepaged.h>
76 #include <linux/delayacct.h>
77 #include <asm/sections.h>
78 #include <asm/tlbflush.h>
79 #include <asm/div64.h>
80 #include "internal.h"
81 #include "shuffle.h"
82 #include "page_reporting.h"
83 #include "swap.h"
84
85 /* Free Page Internal flags: for internal, non-pcp variants of free_pages(). */
86 typedef int __bitwise fpi_t;
87
88 /* No special request */
89 #define FPI_NONE                ((__force fpi_t)0)
90
91 /*
92  * Skip free page reporting notification for the (possibly merged) page.
93  * This does not hinder free page reporting from grabbing the page,
94  * reporting it and marking it "reported" -  it only skips notifying
95  * the free page reporting infrastructure about a newly freed page. For
96  * example, used when temporarily pulling a page from a freelist and
97  * putting it back unmodified.
98  */
99 #define FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY  ((__force fpi_t)BIT(0))
100
101 /*
102  * Place the (possibly merged) page to the tail of the freelist. Will ignore
103  * page shuffling (relevant code - e.g., memory onlining - is expected to
104  * shuffle the whole zone).
105  *
106  * Note: No code should rely on this flag for correctness - it's purely
107  *       to allow for optimizations when handing back either fresh pages
108  *       (memory onlining) or untouched pages (page isolation, free page
109  *       reporting).
110  */
111 #define FPI_TO_TAIL             ((__force fpi_t)BIT(1))
112
113 /* prevent >1 _updater_ of zone percpu pageset ->high and ->batch fields */
114 static DEFINE_MUTEX(pcp_batch_high_lock);
115 #define MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION (8)
116
117 #if defined(CONFIG_SMP) || defined(CONFIG_PREEMPT_RT)
118 /*
119  * On SMP, spin_trylock is sufficient protection.
120  * On PREEMPT_RT, spin_trylock is equivalent on both SMP and UP.
121  */
122 #define pcp_trylock_prepare(flags)      do { } while (0)
123 #define pcp_trylock_finish(flag)        do { } while (0)
124 #else
125
126 /* UP spin_trylock always succeeds so disable IRQs to prevent re-entrancy. */
127 #define pcp_trylock_prepare(flags)      local_irq_save(flags)
128 #define pcp_trylock_finish(flags)       local_irq_restore(flags)
129 #endif
130
131 /*
132  * Locking a pcp requires a PCP lookup followed by a spinlock. To avoid
133  * a migration causing the wrong PCP to be locked and remote memory being
134  * potentially allocated, pin the task to the CPU for the lookup+lock.
135  * preempt_disable is used on !RT because it is faster than migrate_disable.
136  * migrate_disable is used on RT because otherwise RT spinlock usage is
137  * interfered with and a high priority task cannot preempt the allocator.
138  */
139 #ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
140 #define pcpu_task_pin()         preempt_disable()
141 #define pcpu_task_unpin()       preempt_enable()
142 #else
143 #define pcpu_task_pin()         migrate_disable()
144 #define pcpu_task_unpin()       migrate_enable()
145 #endif
146
147 /*
148  * Generic helper to lookup and a per-cpu variable with an embedded spinlock.
149  * Return value should be used with equivalent unlock helper.
150  */
151 #define pcpu_spin_lock(type, member, ptr)                               \
152 ({                                                                      \
153         type *_ret;                                                     \
154         pcpu_task_pin();                                                \
155         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
156         spin_lock(&_ret->member);                                       \
157         _ret;                                                           \
158 })
159
160 #define pcpu_spin_trylock(type, member, ptr)                            \
161 ({                                                                      \
162         type *_ret;                                                     \
163         pcpu_task_pin();                                                \
164         _ret = this_cpu_ptr(ptr);                                       \
165         if (!spin_trylock(&_ret->member)) {                             \
166                 pcpu_task_unpin();                                      \
167                 _ret = NULL;                                            \
168         }                                                               \
169         _ret;                                                           \
170 })
171
172 #define pcpu_spin_unlock(member, ptr)                                   \
173 ({                                                                      \
174         spin_unlock(&ptr->member);                                      \
175         pcpu_task_unpin();                                              \
176 })
177
178 /* struct per_cpu_pages specific helpers. */
179 #define pcp_spin_lock(ptr)                                              \
180         pcpu_spin_lock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
181
182 #define pcp_spin_trylock(ptr)                                           \
183         pcpu_spin_trylock(struct per_cpu_pages, lock, ptr)
184
185 #define pcp_spin_unlock(ptr)                                            \
186         pcpu_spin_unlock(lock, ptr)
187
188 #ifdef CONFIG_USE_PERCPU_NUMA_NODE_ID
189 DEFINE_PER_CPU(int, numa_node);
190 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(numa_node);
191 #endif
192
193 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(vm_numa_stat_key);
194
195 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
196 /*
197  * N.B., Do NOT reference the '_numa_mem_' per cpu variable directly.
198  * It will not be defined when CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES is not defined.
199  * Use the accessor functions set_numa_mem(), numa_mem_id() and cpu_to_mem()
200  * defined in <linux/topology.h>.
201  */
202 DEFINE_PER_CPU(int, _numa_mem_);                /* Kernel "local memory" node */
203 EXPORT_PER_CPU_SYMBOL(_numa_mem_);
204 #endif
205
206 static DEFINE_MUTEX(pcpu_drain_mutex);
207
208 #ifdef CONFIG_GCC_PLUGIN_LATENT_ENTROPY
209 volatile unsigned long latent_entropy __latent_entropy;
210 EXPORT_SYMBOL(latent_entropy);
211 #endif
212
213 /*
214  * Array of node states.
215  */
216 nodemask_t node_states[NR_NODE_STATES] __read_mostly = {
217         [N_POSSIBLE] = NODE_MASK_ALL,
218         [N_ONLINE] = { { [0] = 1UL } },
219 #ifndef CONFIG_NUMA
220         [N_NORMAL_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
221 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
222         [N_HIGH_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
223 #endif
224         [N_MEMORY] = { { [0] = 1UL } },
225         [N_CPU] = { { [0] = 1UL } },
226 #endif  /* NUMA */
227 };
228 EXPORT_SYMBOL(node_states);
229
230 atomic_long_t _totalram_pages __read_mostly;
231 EXPORT_SYMBOL(_totalram_pages);
232 unsigned long totalreserve_pages __read_mostly;
233 unsigned long totalcma_pages __read_mostly;
234
235 int percpu_pagelist_high_fraction;
236 gfp_t gfp_allowed_mask __read_mostly = GFP_BOOT_MASK;
237 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON, init_on_alloc);
238 EXPORT_SYMBOL(init_on_alloc);
239
240 DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON, init_on_free);
241 EXPORT_SYMBOL(init_on_free);
242
243 /* perform sanity checks on struct pages being allocated or freed */
244 static DEFINE_STATIC_KEY_MAYBE(CONFIG_DEBUG_VM, check_pages_enabled);
245
246 static inline bool is_check_pages_enabled(void)
247 {
248         return static_branch_unlikely(&check_pages_enabled);
249 }
250
251 static bool _init_on_alloc_enabled_early __read_mostly
252                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_ALLOC_DEFAULT_ON);
253 static int __init early_init_on_alloc(char *buf)
254 {
255
256         return kstrtobool(buf, &_init_on_alloc_enabled_early);
257 }
258 early_param("init_on_alloc", early_init_on_alloc);
259
260 static bool _init_on_free_enabled_early __read_mostly
261                                 = IS_ENABLED(CONFIG_INIT_ON_FREE_DEFAULT_ON);
262 static int __init early_init_on_free(char *buf)
263 {
264         return kstrtobool(buf, &_init_on_free_enabled_early);
265 }
266 early_param("init_on_free", early_init_on_free);
267
268 /*
269  * A cached value of the page's pageblock's migratetype, used when the page is
270  * put on a pcplist. Used to avoid the pageblock migratetype lookup when
271  * freeing from pcplists in most cases, at the cost of possibly becoming stale.
272  * Also the migratetype set in the page does not necessarily match the pcplist
273  * index, e.g. page might have MIGRATE_CMA set but be on a pcplist with any
274  * other index - this ensures that it will be put on the correct CMA freelist.
275  */
276 static inline int get_pcppage_migratetype(struct page *page)
277 {
278         return page->index;
279 }
280
281 static inline void set_pcppage_migratetype(struct page *page, int migratetype)
282 {
283         page->index = migratetype;
284 }
285
286 #ifdef CONFIG_PM_SLEEP
287 /*
288  * The following functions are used by the suspend/hibernate code to temporarily
289  * change gfp_allowed_mask in order to avoid using I/O during memory allocations
290  * while devices are suspended.  To avoid races with the suspend/hibernate code,
291  * they should always be called with system_transition_mutex held
292  * (gfp_allowed_mask also should only be modified with system_transition_mutex
293  * held, unless the suspend/hibernate code is guaranteed not to run in parallel
294  * with that modification).
295  */
296
297 static gfp_t saved_gfp_mask;
298
299 void pm_restore_gfp_mask(void)
300 {
301         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
302         if (saved_gfp_mask) {
303                 gfp_allowed_mask = saved_gfp_mask;
304                 saved_gfp_mask = 0;
305         }
306 }
307
308 void pm_restrict_gfp_mask(void)
309 {
310         WARN_ON(!mutex_is_locked(&system_transition_mutex));
311         WARN_ON(saved_gfp_mask);
312         saved_gfp_mask = gfp_allowed_mask;
313         gfp_allowed_mask &= ~(__GFP_IO | __GFP_FS);
314 }
315
316 bool pm_suspended_storage(void)
317 {
318         if ((gfp_allowed_mask & (__GFP_IO | __GFP_FS)) == (__GFP_IO | __GFP_FS))
319                 return false;
320         return true;
321 }
322 #endif /* CONFIG_PM_SLEEP */
323
324 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE_SIZE_VARIABLE
325 unsigned int pageblock_order __read_mostly;
326 #endif
327
328 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
329                             fpi_t fpi_flags);
330
331 /*
332  * results with 256, 32 in the lowmem_reserve sysctl:
333  *      1G machine -> (16M dma, 800M-16M normal, 1G-800M high)
334  *      1G machine -> (16M dma, 784M normal, 224M high)
335  *      NORMAL allocation will leave 784M/256 of ram reserved in the ZONE_DMA
336  *      HIGHMEM allocation will leave 224M/32 of ram reserved in ZONE_NORMAL
337  *      HIGHMEM allocation will leave (224M+784M)/256 of ram reserved in ZONE_DMA
338  *
339  * TBD: should special case ZONE_DMA32 machines here - in those we normally
340  * don't need any ZONE_NORMAL reservation
341  */
342 int sysctl_lowmem_reserve_ratio[MAX_NR_ZONES] = {
343 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
344         [ZONE_DMA] = 256,
345 #endif
346 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
347         [ZONE_DMA32] = 256,
348 #endif
349         [ZONE_NORMAL] = 32,
350 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
351         [ZONE_HIGHMEM] = 0,
352 #endif
353         [ZONE_MOVABLE] = 0,
354 };
355
356 char * const zone_names[MAX_NR_ZONES] = {
357 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
358          "DMA",
359 #endif
360 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
361          "DMA32",
362 #endif
363          "Normal",
364 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
365          "HighMem",
366 #endif
367          "Movable",
368 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
369          "Device",
370 #endif
371 };
372
373 const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES] = {
374         "Unmovable",
375         "Movable",
376         "Reclaimable",
377         "HighAtomic",
378 #ifdef CONFIG_CMA
379         "CMA",
380 #endif
381 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
382         "Isolate",
383 #endif
384 };
385
386 compound_page_dtor * const compound_page_dtors[NR_COMPOUND_DTORS] = {
387         [NULL_COMPOUND_DTOR] = NULL,
388         [COMPOUND_PAGE_DTOR] = free_compound_page,
389 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
390         [HUGETLB_PAGE_DTOR] = free_huge_page,
391 #endif
392 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
393         [TRANSHUGE_PAGE_DTOR] = free_transhuge_page,
394 #endif
395 };
396
397 int min_free_kbytes = 1024;
398 int user_min_free_kbytes = -1;
399 int watermark_boost_factor __read_mostly = 15000;
400 int watermark_scale_factor = 10;
401
402 bool mirrored_kernelcore __initdata_memblock;
403
404 /* movable_zone is the "real" zone pages in ZONE_MOVABLE are taken from */
405 int movable_zone;
406 EXPORT_SYMBOL(movable_zone);
407
408 #if MAX_NUMNODES > 1
409 unsigned int nr_node_ids __read_mostly = MAX_NUMNODES;
410 unsigned int nr_online_nodes __read_mostly = 1;
411 EXPORT_SYMBOL(nr_node_ids);
412 EXPORT_SYMBOL(nr_online_nodes);
413 #endif
414
415 int page_group_by_mobility_disabled __read_mostly;
416
417 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
418 /*
419  * During boot we initialize deferred pages on-demand, as needed, but once
420  * page_alloc_init_late() has finished, the deferred pages are all initialized,
421  * and we can permanently disable that path.
422  */
423 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(deferred_pages);
424
425 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
426 {
427         return static_branch_unlikely(&deferred_pages);
428 }
429
430 /*
431  * deferred_grow_zone() is __init, but it is called from
432  * get_page_from_freelist() during early boot until deferred_pages permanently
433  * disables this call. This is why we have refdata wrapper to avoid warning,
434  * and to ensure that the function body gets unloaded.
435  */
436 static bool __ref
437 _deferred_grow_zone(struct zone *zone, unsigned int order)
438 {
439        return deferred_grow_zone(zone, order);
440 }
441 #else
442 static inline bool deferred_pages_enabled(void)
443 {
444         return false;
445 }
446 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
447
448 /* Return a pointer to the bitmap storing bits affecting a block of pages */
449 static inline unsigned long *get_pageblock_bitmap(const struct page *page,
450                                                         unsigned long pfn)
451 {
452 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
453         return section_to_usemap(__pfn_to_section(pfn));
454 #else
455         return page_zone(page)->pageblock_flags;
456 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
457 }
458
459 static inline int pfn_to_bitidx(const struct page *page, unsigned long pfn)
460 {
461 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
462         pfn &= (PAGES_PER_SECTION-1);
463 #else
464         pfn = pfn - pageblock_start_pfn(page_zone(page)->zone_start_pfn);
465 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
466         return (pfn >> pageblock_order) * NR_PAGEBLOCK_BITS;
467 }
468
469 static __always_inline
470 unsigned long __get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
471                                         unsigned long pfn,
472                                         unsigned long mask)
473 {
474         unsigned long *bitmap;
475         unsigned long bitidx, word_bitidx;
476         unsigned long word;
477
478         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
479         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
480         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
481         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
482         /*
483          * This races, without locks, with set_pfnblock_flags_mask(). Ensure
484          * a consistent read of the memory array, so that results, even though
485          * racy, are not corrupted.
486          */
487         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
488         return (word >> bitidx) & mask;
489 }
490
491 /**
492  * get_pfnblock_flags_mask - Return the requested group of flags for the pageblock_nr_pages block of pages
493  * @page: The page within the block of interest
494  * @pfn: The target page frame number
495  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
496  *
497  * Return: pageblock_bits flags
498  */
499 unsigned long get_pfnblock_flags_mask(const struct page *page,
500                                         unsigned long pfn, unsigned long mask)
501 {
502         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, mask);
503 }
504
505 static __always_inline int get_pfnblock_migratetype(const struct page *page,
506                                         unsigned long pfn)
507 {
508         return __get_pfnblock_flags_mask(page, pfn, MIGRATETYPE_MASK);
509 }
510
511 /**
512  * set_pfnblock_flags_mask - Set the requested group of flags for a pageblock_nr_pages block of pages
513  * @page: The page within the block of interest
514  * @flags: The flags to set
515  * @pfn: The target page frame number
516  * @mask: mask of bits that the caller is interested in
517  */
518 void set_pfnblock_flags_mask(struct page *page, unsigned long flags,
519                                         unsigned long pfn,
520                                         unsigned long mask)
521 {
522         unsigned long *bitmap;
523         unsigned long bitidx, word_bitidx;
524         unsigned long word;
525
526         BUILD_BUG_ON(NR_PAGEBLOCK_BITS != 4);
527         BUILD_BUG_ON(MIGRATE_TYPES > (1 << PB_migratetype_bits));
528
529         bitmap = get_pageblock_bitmap(page, pfn);
530         bitidx = pfn_to_bitidx(page, pfn);
531         word_bitidx = bitidx / BITS_PER_LONG;
532         bitidx &= (BITS_PER_LONG-1);
533
534         VM_BUG_ON_PAGE(!zone_spans_pfn(page_zone(page), pfn), page);
535
536         mask <<= bitidx;
537         flags <<= bitidx;
538
539         word = READ_ONCE(bitmap[word_bitidx]);
540         do {
541         } while (!try_cmpxchg(&bitmap[word_bitidx], &word, (word & ~mask) | flags));
542 }
543
544 void set_pageblock_migratetype(struct page *page, int migratetype)
545 {
546         if (unlikely(page_group_by_mobility_disabled &&
547                      migratetype < MIGRATE_PCPTYPES))
548                 migratetype = MIGRATE_UNMOVABLE;
549
550         set_pfnblock_flags_mask(page, (unsigned long)migratetype,
551                                 page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK);
552 }
553
554 #ifdef CONFIG_DEBUG_VM
555 static int page_outside_zone_boundaries(struct zone *zone, struct page *page)
556 {
557         int ret = 0;
558         unsigned seq;
559         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
560         unsigned long sp, start_pfn;
561
562         do {
563                 seq = zone_span_seqbegin(zone);
564                 start_pfn = zone->zone_start_pfn;
565                 sp = zone->spanned_pages;
566                 if (!zone_spans_pfn(zone, pfn))
567                         ret = 1;
568         } while (zone_span_seqretry(zone, seq));
569
570         if (ret)
571                 pr_err("page 0x%lx outside node %d zone %s [ 0x%lx - 0x%lx ]\n",
572                         pfn, zone_to_nid(zone), zone->name,
573                         start_pfn, start_pfn + sp);
574
575         return ret;
576 }
577
578 static int page_is_consistent(struct zone *zone, struct page *page)
579 {
580         if (zone != page_zone(page))
581                 return 0;
582
583         return 1;
584 }
585 /*
586  * Temporary debugging check for pages not lying within a given zone.
587  */
588 static int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
589 {
590         if (page_outside_zone_boundaries(zone, page))
591                 return 1;
592         if (!page_is_consistent(zone, page))
593                 return 1;
594
595         return 0;
596 }
597 #else
598 static inline int __maybe_unused bad_range(struct zone *zone, struct page *page)
599 {
600         return 0;
601 }
602 #endif
603
604 static void bad_page(struct page *page, const char *reason)
605 {
606         static unsigned long resume;
607         static unsigned long nr_shown;
608         static unsigned long nr_unshown;
609
610         /*
611          * Allow a burst of 60 reports, then keep quiet for that minute;
612          * or allow a steady drip of one report per second.
613          */
614         if (nr_shown == 60) {
615                 if (time_before(jiffies, resume)) {
616                         nr_unshown++;
617                         goto out;
618                 }
619                 if (nr_unshown) {
620                         pr_alert(
621                               "BUG: Bad page state: %lu messages suppressed\n",
622                                 nr_unshown);
623                         nr_unshown = 0;
624                 }
625                 nr_shown = 0;
626         }
627         if (nr_shown++ == 0)
628                 resume = jiffies + 60 * HZ;
629
630         pr_alert("BUG: Bad page state in process %s  pfn:%05lx\n",
631                 current->comm, page_to_pfn(page));
632         dump_page(page, reason);
633
634         print_modules();
635         dump_stack();
636 out:
637         /* Leave bad fields for debug, except PageBuddy could make trouble */
638         page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
639         add_taint(TAINT_BAD_PAGE, LOCKDEP_NOW_UNRELIABLE);
640 }
641
642 static inline unsigned int order_to_pindex(int migratetype, int order)
643 {
644         int base = order;
645
646 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
647         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) {
648                 VM_BUG_ON(order != pageblock_order);
649                 return NR_LOWORDER_PCP_LISTS;
650         }
651 #else
652         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
653 #endif
654
655         return (MIGRATE_PCPTYPES * base) + migratetype;
656 }
657
658 static inline int pindex_to_order(unsigned int pindex)
659 {
660         int order = pindex / MIGRATE_PCPTYPES;
661
662 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
663         if (pindex == NR_LOWORDER_PCP_LISTS)
664                 order = pageblock_order;
665 #else
666         VM_BUG_ON(order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
667 #endif
668
669         return order;
670 }
671
672 static inline bool pcp_allowed_order(unsigned int order)
673 {
674         if (order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
675                 return true;
676 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
677         if (order == pageblock_order)
678                 return true;
679 #endif
680         return false;
681 }
682
683 static inline void free_the_page(struct page *page, unsigned int order)
684 {
685         if (pcp_allowed_order(order))           /* Via pcp? */
686                 free_unref_page(page, order);
687         else
688                 __free_pages_ok(page, order, FPI_NONE);
689 }
690
691 /*
692  * Higher-order pages are called "compound pages".  They are structured thusly:
693  *
694  * The first PAGE_SIZE page is called the "head page" and have PG_head set.
695  *
696  * The remaining PAGE_SIZE pages are called "tail pages". PageTail() is encoded
697  * in bit 0 of page->compound_head. The rest of bits is pointer to head page.
698  *
699  * The first tail page's ->compound_dtor holds the offset in array of compound
700  * page destructors. See compound_page_dtors.
701  *
702  * The first tail page's ->compound_order holds the order of allocation.
703  * This usage means that zero-order pages may not be compound.
704  */
705
706 void free_compound_page(struct page *page)
707 {
708         mem_cgroup_uncharge(page_folio(page));
709         free_the_page(page, compound_order(page));
710 }
711
712 void prep_compound_page(struct page *page, unsigned int order)
713 {
714         int i;
715         int nr_pages = 1 << order;
716
717         __SetPageHead(page);
718         for (i = 1; i < nr_pages; i++)
719                 prep_compound_tail(page, i);
720
721         prep_compound_head(page, order);
722 }
723
724 void destroy_large_folio(struct folio *folio)
725 {
726         enum compound_dtor_id dtor = folio->_folio_dtor;
727
728         VM_BUG_ON_FOLIO(dtor >= NR_COMPOUND_DTORS, folio);
729         compound_page_dtors[dtor](&folio->page);
730 }
731
732 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
733 unsigned int _debug_guardpage_minorder;
734
735 bool _debug_pagealloc_enabled_early __read_mostly
736                         = IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC_ENABLE_DEFAULT);
737 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled_early);
738 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_pagealloc_enabled);
739 EXPORT_SYMBOL(_debug_pagealloc_enabled);
740
741 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(_debug_guardpage_enabled);
742
743 static int __init early_debug_pagealloc(char *buf)
744 {
745         return kstrtobool(buf, &_debug_pagealloc_enabled_early);
746 }
747 early_param("debug_pagealloc", early_debug_pagealloc);
748
749 static int __init debug_guardpage_minorder_setup(char *buf)
750 {
751         unsigned long res;
752
753         if (kstrtoul(buf, 10, &res) < 0 ||  res > MAX_ORDER / 2) {
754                 pr_err("Bad debug_guardpage_minorder value\n");
755                 return 0;
756         }
757         _debug_guardpage_minorder = res;
758         pr_info("Setting debug_guardpage_minorder to %lu\n", res);
759         return 0;
760 }
761 early_param("debug_guardpage_minorder", debug_guardpage_minorder_setup);
762
763 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
764                                 unsigned int order, int migratetype)
765 {
766         if (!debug_guardpage_enabled())
767                 return false;
768
769         if (order >= debug_guardpage_minorder())
770                 return false;
771
772         __SetPageGuard(page);
773         INIT_LIST_HEAD(&page->buddy_list);
774         set_page_private(page, order);
775         /* Guard pages are not available for any usage */
776         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
777                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order), migratetype);
778
779         return true;
780 }
781
782 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
783                                 unsigned int order, int migratetype)
784 {
785         if (!debug_guardpage_enabled())
786                 return;
787
788         __ClearPageGuard(page);
789
790         set_page_private(page, 0);
791         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
792                 __mod_zone_freepage_state(zone, (1 << order), migratetype);
793 }
794 #else
795 static inline bool set_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
796                         unsigned int order, int migratetype) { return false; }
797 static inline void clear_page_guard(struct zone *zone, struct page *page,
798                                 unsigned int order, int migratetype) {}
799 #endif
800
801 /*
802  * Enable static keys related to various memory debugging and hardening options.
803  * Some override others, and depend on early params that are evaluated in the
804  * order of appearance. So we need to first gather the full picture of what was
805  * enabled, and then make decisions.
806  */
807 void __init init_mem_debugging_and_hardening(void)
808 {
809         bool page_poisoning_requested = false;
810         bool want_check_pages = false;
811
812 #ifdef CONFIG_PAGE_POISONING
813         /*
814          * Page poisoning is debug page alloc for some arches. If
815          * either of those options are enabled, enable poisoning.
816          */
817         if (page_poisoning_enabled() ||
818              (!IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_SUPPORTS_DEBUG_PAGEALLOC) &&
819               debug_pagealloc_enabled())) {
820                 static_branch_enable(&_page_poisoning_enabled);
821                 page_poisoning_requested = true;
822                 want_check_pages = true;
823         }
824 #endif
825
826         if ((_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early) &&
827             page_poisoning_requested) {
828                 pr_info("mem auto-init: CONFIG_PAGE_POISONING is on, "
829                         "will take precedence over init_on_alloc and init_on_free\n");
830                 _init_on_alloc_enabled_early = false;
831                 _init_on_free_enabled_early = false;
832         }
833
834         if (_init_on_alloc_enabled_early) {
835                 want_check_pages = true;
836                 static_branch_enable(&init_on_alloc);
837         } else {
838                 static_branch_disable(&init_on_alloc);
839         }
840
841         if (_init_on_free_enabled_early) {
842                 want_check_pages = true;
843                 static_branch_enable(&init_on_free);
844         } else {
845                 static_branch_disable(&init_on_free);
846         }
847
848         if (IS_ENABLED(CONFIG_KMSAN) &&
849             (_init_on_alloc_enabled_early || _init_on_free_enabled_early))
850                 pr_info("mem auto-init: please make sure init_on_alloc and init_on_free are disabled when running KMSAN\n");
851
852 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
853         if (debug_pagealloc_enabled()) {
854                 want_check_pages = true;
855                 static_branch_enable(&_debug_pagealloc_enabled);
856
857                 if (debug_guardpage_minorder())
858                         static_branch_enable(&_debug_guardpage_enabled);
859         }
860 #endif
861
862         /*
863          * Any page debugging or hardening option also enables sanity checking
864          * of struct pages being allocated or freed. With CONFIG_DEBUG_VM it's
865          * enabled already.
866          */
867         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM) && want_check_pages)
868                 static_branch_enable(&check_pages_enabled);
869 }
870
871 static inline void set_buddy_order(struct page *page, unsigned int order)
872 {
873         set_page_private(page, order);
874         __SetPageBuddy(page);
875 }
876
877 #ifdef CONFIG_COMPACTION
878 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
879 {
880         struct capture_control *capc = current->capture_control;
881
882         return unlikely(capc) &&
883                 !(current->flags & PF_KTHREAD) &&
884                 !capc->page &&
885                 capc->cc->zone == zone ? capc : NULL;
886 }
887
888 static inline bool
889 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
890                    int order, int migratetype)
891 {
892         if (!capc || order != capc->cc->order)
893                 return false;
894
895         /* Do not accidentally pollute CMA or isolated regions*/
896         if (is_migrate_cma(migratetype) ||
897             is_migrate_isolate(migratetype))
898                 return false;
899
900         /*
901          * Do not let lower order allocations pollute a movable pageblock.
902          * This might let an unmovable request use a reclaimable pageblock
903          * and vice-versa but no more than normal fallback logic which can
904          * have trouble finding a high-order free page.
905          */
906         if (order < pageblock_order && migratetype == MIGRATE_MOVABLE)
907                 return false;
908
909         capc->page = page;
910         return true;
911 }
912
913 #else
914 static inline struct capture_control *task_capc(struct zone *zone)
915 {
916         return NULL;
917 }
918
919 static inline bool
920 compaction_capture(struct capture_control *capc, struct page *page,
921                    int order, int migratetype)
922 {
923         return false;
924 }
925 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
926
927 /* Used for pages not on another list */
928 static inline void add_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
929                                     unsigned int order, int migratetype)
930 {
931         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
932
933         list_add(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
934         area->nr_free++;
935 }
936
937 /* Used for pages not on another list */
938 static inline void add_to_free_list_tail(struct page *page, struct zone *zone,
939                                          unsigned int order, int migratetype)
940 {
941         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
942
943         list_add_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
944         area->nr_free++;
945 }
946
947 /*
948  * Used for pages which are on another list. Move the pages to the tail
949  * of the list - so the moved pages won't immediately be considered for
950  * allocation again (e.g., optimization for memory onlining).
951  */
952 static inline void move_to_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
953                                      unsigned int order, int migratetype)
954 {
955         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
956
957         list_move_tail(&page->buddy_list, &area->free_list[migratetype]);
958 }
959
960 static inline void del_page_from_free_list(struct page *page, struct zone *zone,
961                                            unsigned int order)
962 {
963         /* clear reported state and update reported page count */
964         if (page_reported(page))
965                 __ClearPageReported(page);
966
967         list_del(&page->buddy_list);
968         __ClearPageBuddy(page);
969         set_page_private(page, 0);
970         zone->free_area[order].nr_free--;
971 }
972
973 static inline struct page *get_page_from_free_area(struct free_area *area,
974                                             int migratetype)
975 {
976         return list_first_entry_or_null(&area->free_list[migratetype],
977                                         struct page, lru);
978 }
979
980 /*
981  * If this is not the largest possible page, check if the buddy
982  * of the next-highest order is free. If it is, it's possible
983  * that pages are being freed that will coalesce soon. In case,
984  * that is happening, add the free page to the tail of the list
985  * so it's less likely to be used soon and more likely to be merged
986  * as a higher order page
987  */
988 static inline bool
989 buddy_merge_likely(unsigned long pfn, unsigned long buddy_pfn,
990                    struct page *page, unsigned int order)
991 {
992         unsigned long higher_page_pfn;
993         struct page *higher_page;
994
995         if (order >= MAX_ORDER - 1)
996                 return false;
997
998         higher_page_pfn = buddy_pfn & pfn;
999         higher_page = page + (higher_page_pfn - pfn);
1000
1001         return find_buddy_page_pfn(higher_page, higher_page_pfn, order + 1,
1002                         NULL) != NULL;
1003 }
1004
1005 /*
1006  * Freeing function for a buddy system allocator.
1007  *
1008  * The concept of a buddy system is to maintain direct-mapped table
1009  * (containing bit values) for memory blocks of various "orders".
1010  * The bottom level table contains the map for the smallest allocatable
1011  * units of memory (here, pages), and each level above it describes
1012  * pairs of units from the levels below, hence, "buddies".
1013  * At a high level, all that happens here is marking the table entry
1014  * at the bottom level available, and propagating the changes upward
1015  * as necessary, plus some accounting needed to play nicely with other
1016  * parts of the VM system.
1017  * At each level, we keep a list of pages, which are heads of continuous
1018  * free pages of length of (1 << order) and marked with PageBuddy.
1019  * Page's order is recorded in page_private(page) field.
1020  * So when we are allocating or freeing one, we can derive the state of the
1021  * other.  That is, if we allocate a small block, and both were
1022  * free, the remainder of the region must be split into blocks.
1023  * If a block is freed, and its buddy is also free, then this
1024  * triggers coalescing into a block of larger size.
1025  *
1026  * -- nyc
1027  */
1028
1029 static inline void __free_one_page(struct page *page,
1030                 unsigned long pfn,
1031                 struct zone *zone, unsigned int order,
1032                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1033 {
1034         struct capture_control *capc = task_capc(zone);
1035         unsigned long buddy_pfn = 0;
1036         unsigned long combined_pfn;
1037         struct page *buddy;
1038         bool to_tail;
1039
1040         VM_BUG_ON(!zone_is_initialized(zone));
1041         VM_BUG_ON_PAGE(page->flags & PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP, page);
1042
1043         VM_BUG_ON(migratetype == -1);
1044         if (likely(!is_migrate_isolate(migratetype)))
1045                 __mod_zone_freepage_state(zone, 1 << order, migratetype);
1046
1047         VM_BUG_ON_PAGE(pfn & ((1 << order) - 1), page);
1048         VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, page), page);
1049
1050         while (order < MAX_ORDER) {
1051                 if (compaction_capture(capc, page, order, migratetype)) {
1052                         __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
1053                                                                 migratetype);
1054                         return;
1055                 }
1056
1057                 buddy = find_buddy_page_pfn(page, pfn, order, &buddy_pfn);
1058                 if (!buddy)
1059                         goto done_merging;
1060
1061                 if (unlikely(order >= pageblock_order)) {
1062                         /*
1063                          * We want to prevent merge between freepages on pageblock
1064                          * without fallbacks and normal pageblock. Without this,
1065                          * pageblock isolation could cause incorrect freepage or CMA
1066                          * accounting or HIGHATOMIC accounting.
1067                          */
1068                         int buddy_mt = get_pageblock_migratetype(buddy);
1069
1070                         if (migratetype != buddy_mt
1071                                         && (!migratetype_is_mergeable(migratetype) ||
1072                                                 !migratetype_is_mergeable(buddy_mt)))
1073                                 goto done_merging;
1074                 }
1075
1076                 /*
1077                  * Our buddy is free or it is CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC guard page,
1078                  * merge with it and move up one order.
1079                  */
1080                 if (page_is_guard(buddy))
1081                         clear_page_guard(zone, buddy, order, migratetype);
1082                 else
1083                         del_page_from_free_list(buddy, zone, order);
1084                 combined_pfn = buddy_pfn & pfn;
1085                 page = page + (combined_pfn - pfn);
1086                 pfn = combined_pfn;
1087                 order++;
1088         }
1089
1090 done_merging:
1091         set_buddy_order(page, order);
1092
1093         if (fpi_flags & FPI_TO_TAIL)
1094                 to_tail = true;
1095         else if (is_shuffle_order(order))
1096                 to_tail = shuffle_pick_tail();
1097         else
1098                 to_tail = buddy_merge_likely(pfn, buddy_pfn, page, order);
1099
1100         if (to_tail)
1101                 add_to_free_list_tail(page, zone, order, migratetype);
1102         else
1103                 add_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1104
1105         /* Notify page reporting subsystem of freed page */
1106         if (!(fpi_flags & FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY))
1107                 page_reporting_notify_free(order);
1108 }
1109
1110 /**
1111  * split_free_page() -- split a free page at split_pfn_offset
1112  * @free_page:          the original free page
1113  * @order:              the order of the page
1114  * @split_pfn_offset:   split offset within the page
1115  *
1116  * Return -ENOENT if the free page is changed, otherwise 0
1117  *
1118  * It is used when the free page crosses two pageblocks with different migratetypes
1119  * at split_pfn_offset within the page. The split free page will be put into
1120  * separate migratetype lists afterwards. Otherwise, the function achieves
1121  * nothing.
1122  */
1123 int split_free_page(struct page *free_page,
1124                         unsigned int order, unsigned long split_pfn_offset)
1125 {
1126         struct zone *zone = page_zone(free_page);
1127         unsigned long free_page_pfn = page_to_pfn(free_page);
1128         unsigned long pfn;
1129         unsigned long flags;
1130         int free_page_order;
1131         int mt;
1132         int ret = 0;
1133
1134         if (split_pfn_offset == 0)
1135                 return ret;
1136
1137         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1138
1139         if (!PageBuddy(free_page) || buddy_order(free_page) != order) {
1140                 ret = -ENOENT;
1141                 goto out;
1142         }
1143
1144         mt = get_pageblock_migratetype(free_page);
1145         if (likely(!is_migrate_isolate(mt)))
1146                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
1147
1148         del_page_from_free_list(free_page, zone, order);
1149         for (pfn = free_page_pfn;
1150              pfn < free_page_pfn + (1UL << order);) {
1151                 int mt = get_pfnblock_migratetype(pfn_to_page(pfn), pfn);
1152
1153                 free_page_order = min_t(unsigned int,
1154                                         pfn ? __ffs(pfn) : order,
1155                                         __fls(split_pfn_offset));
1156                 __free_one_page(pfn_to_page(pfn), pfn, zone, free_page_order,
1157                                 mt, FPI_NONE);
1158                 pfn += 1UL << free_page_order;
1159                 split_pfn_offset -= (1UL << free_page_order);
1160                 /* we have done the first part, now switch to second part */
1161                 if (split_pfn_offset == 0)
1162                         split_pfn_offset = (1UL << order) - (pfn - free_page_pfn);
1163         }
1164 out:
1165         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1166         return ret;
1167 }
1168 /*
1169  * A bad page could be due to a number of fields. Instead of multiple branches,
1170  * try and check multiple fields with one check. The caller must do a detailed
1171  * check if necessary.
1172  */
1173 static inline bool page_expected_state(struct page *page,
1174                                         unsigned long check_flags)
1175 {
1176         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1177                 return false;
1178
1179         if (unlikely((unsigned long)page->mapping |
1180                         page_ref_count(page) |
1181 #ifdef CONFIG_MEMCG
1182                         page->memcg_data |
1183 #endif
1184                         (page->flags & check_flags)))
1185                 return false;
1186
1187         return true;
1188 }
1189
1190 static const char *page_bad_reason(struct page *page, unsigned long flags)
1191 {
1192         const char *bad_reason = NULL;
1193
1194         if (unlikely(atomic_read(&page->_mapcount) != -1))
1195                 bad_reason = "nonzero mapcount";
1196         if (unlikely(page->mapping != NULL))
1197                 bad_reason = "non-NULL mapping";
1198         if (unlikely(page_ref_count(page) != 0))
1199                 bad_reason = "nonzero _refcount";
1200         if (unlikely(page->flags & flags)) {
1201                 if (flags == PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP)
1202                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP flag(s) set";
1203                 else
1204                         bad_reason = "PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE flag(s) set";
1205         }
1206 #ifdef CONFIG_MEMCG
1207         if (unlikely(page->memcg_data))
1208                 bad_reason = "page still charged to cgroup";
1209 #endif
1210         return bad_reason;
1211 }
1212
1213 static void free_page_is_bad_report(struct page *page)
1214 {
1215         bad_page(page,
1216                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE));
1217 }
1218
1219 static inline bool free_page_is_bad(struct page *page)
1220 {
1221         if (likely(page_expected_state(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_FREE)))
1222                 return false;
1223
1224         /* Something has gone sideways, find it */
1225         free_page_is_bad_report(page);
1226         return true;
1227 }
1228
1229 static int free_tail_pages_check(struct page *head_page, struct page *page)
1230 {
1231         struct folio *folio = (struct folio *)head_page;
1232         int ret = 1;
1233
1234         /*
1235          * We rely page->lru.next never has bit 0 set, unless the page
1236          * is PageTail(). Let's make sure that's true even for poisoned ->lru.
1237          */
1238         BUILD_BUG_ON((unsigned long)LIST_POISON1 & 1);
1239
1240         if (!IS_ENABLED(CONFIG_DEBUG_VM)) {
1241                 ret = 0;
1242                 goto out;
1243         }
1244         switch (page - head_page) {
1245         case 1:
1246                 /* the first tail page: these may be in place of ->mapping */
1247                 if (unlikely(folio_entire_mapcount(folio))) {
1248                         bad_page(page, "nonzero entire_mapcount");
1249                         goto out;
1250                 }
1251                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_nr_pages_mapped))) {
1252                         bad_page(page, "nonzero nr_pages_mapped");
1253                         goto out;
1254                 }
1255                 if (unlikely(atomic_read(&folio->_pincount))) {
1256                         bad_page(page, "nonzero pincount");
1257                         goto out;
1258                 }
1259                 break;
1260         case 2:
1261                 /*
1262                  * the second tail page: ->mapping is
1263                  * deferred_list.next -- ignore value.
1264                  */
1265                 break;
1266         default:
1267                 if (page->mapping != TAIL_MAPPING) {
1268                         bad_page(page, "corrupted mapping in tail page");
1269                         goto out;
1270                 }
1271                 break;
1272         }
1273         if (unlikely(!PageTail(page))) {
1274                 bad_page(page, "PageTail not set");
1275                 goto out;
1276         }
1277         if (unlikely(compound_head(page) != head_page)) {
1278                 bad_page(page, "compound_head not consistent");
1279                 goto out;
1280         }
1281         ret = 0;
1282 out:
1283         page->mapping = NULL;
1284         clear_compound_head(page);
1285         return ret;
1286 }
1287
1288 /*
1289  * Skip KASAN memory poisoning when either:
1290  *
1291  * 1. For generic KASAN: deferred memory initialization has not yet completed.
1292  *    Tag-based KASAN modes skip pages freed via deferred memory initialization
1293  *    using page tags instead (see below).
1294  * 2. For tag-based KASAN modes: the page has a match-all KASAN tag, indicating
1295  *    that error detection is disabled for accesses via the page address.
1296  *
1297  * Pages will have match-all tags in the following circumstances:
1298  *
1299  * 1. Pages are being initialized for the first time, including during deferred
1300  *    memory init; see the call to page_kasan_tag_reset in __init_single_page.
1301  * 2. The allocation was not unpoisoned due to __GFP_SKIP_KASAN, with the
1302  *    exception of pages unpoisoned by kasan_unpoison_vmalloc.
1303  * 3. The allocation was excluded from being checked due to sampling,
1304  *    see the call to kasan_unpoison_pages.
1305  *
1306  * Poisoning pages during deferred memory init will greatly lengthen the
1307  * process and cause problem in large memory systems as the deferred pages
1308  * initialization is done with interrupt disabled.
1309  *
1310  * Assuming that there will be no reference to those newly initialized
1311  * pages before they are ever allocated, this should have no effect on
1312  * KASAN memory tracking as the poison will be properly inserted at page
1313  * allocation time. The only corner case is when pages are allocated by
1314  * on-demand allocation and then freed again before the deferred pages
1315  * initialization is done, but this is not likely to happen.
1316  */
1317 static inline bool should_skip_kasan_poison(struct page *page, fpi_t fpi_flags)
1318 {
1319         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC))
1320                 return deferred_pages_enabled();
1321
1322         return page_kasan_tag(page) == 0xff;
1323 }
1324
1325 static void kernel_init_pages(struct page *page, int numpages)
1326 {
1327         int i;
1328
1329         /* s390's use of memset() could override KASAN redzones. */
1330         kasan_disable_current();
1331         for (i = 0; i < numpages; i++)
1332                 clear_highpage_kasan_tagged(page + i);
1333         kasan_enable_current();
1334 }
1335
1336 static __always_inline bool free_pages_prepare(struct page *page,
1337                         unsigned int order, fpi_t fpi_flags)
1338 {
1339         int bad = 0;
1340         bool skip_kasan_poison = should_skip_kasan_poison(page, fpi_flags);
1341         bool init = want_init_on_free();
1342
1343         VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
1344
1345         trace_mm_page_free(page, order);
1346         kmsan_free_page(page, order);
1347
1348         if (unlikely(PageHWPoison(page)) && !order) {
1349                 /*
1350                  * Do not let hwpoison pages hit pcplists/buddy
1351                  * Untie memcg state and reset page's owner
1352                  */
1353                 if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1354                         __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1355                 reset_page_owner(page, order);
1356                 page_table_check_free(page, order);
1357                 return false;
1358         }
1359
1360         /*
1361          * Check tail pages before head page information is cleared to
1362          * avoid checking PageCompound for order-0 pages.
1363          */
1364         if (unlikely(order)) {
1365                 bool compound = PageCompound(page);
1366                 int i;
1367
1368                 VM_BUG_ON_PAGE(compound && compound_order(page) != order, page);
1369
1370                 if (compound)
1371                         ClearPageHasHWPoisoned(page);
1372                 for (i = 1; i < (1 << order); i++) {
1373                         if (compound)
1374                                 bad += free_tail_pages_check(page, page + i);
1375                         if (is_check_pages_enabled()) {
1376                                 if (unlikely(free_page_is_bad(page + i))) {
1377                                         bad++;
1378                                         continue;
1379                                 }
1380                         }
1381                         (page + i)->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1382                 }
1383         }
1384         if (PageMappingFlags(page))
1385                 page->mapping = NULL;
1386         if (memcg_kmem_online() && PageMemcgKmem(page))
1387                 __memcg_kmem_uncharge_page(page, order);
1388         if (is_check_pages_enabled()) {
1389                 if (free_page_is_bad(page))
1390                         bad++;
1391                 if (bad)
1392                         return false;
1393         }
1394
1395         page_cpupid_reset_last(page);
1396         page->flags &= ~PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP;
1397         reset_page_owner(page, order);
1398         page_table_check_free(page, order);
1399
1400         if (!PageHighMem(page)) {
1401                 debug_check_no_locks_freed(page_address(page),
1402                                            PAGE_SIZE << order);
1403                 debug_check_no_obj_freed(page_address(page),
1404                                            PAGE_SIZE << order);
1405         }
1406
1407         kernel_poison_pages(page, 1 << order);
1408
1409         /*
1410          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1411          * KASAN poisoning and memory initialization code must be
1412          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1413          *
1414          * With hardware tag-based KASAN, memory tags must be set before the
1415          * page becomes unavailable via debug_pagealloc or arch_free_page.
1416          */
1417         if (!skip_kasan_poison) {
1418                 kasan_poison_pages(page, order, init);
1419
1420                 /* Memory is already initialized if KASAN did it internally. */
1421                 if (kasan_has_integrated_init())
1422                         init = false;
1423         }
1424         if (init)
1425                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1426
1427         /*
1428          * arch_free_page() can make the page's contents inaccessible.  s390
1429          * does this.  So nothing which can access the page's contents should
1430          * happen after this.
1431          */
1432         arch_free_page(page, order);
1433
1434         debug_pagealloc_unmap_pages(page, 1 << order);
1435
1436         return true;
1437 }
1438
1439 /*
1440  * Frees a number of pages from the PCP lists
1441  * Assumes all pages on list are in same zone.
1442  * count is the number of pages to free.
1443  */
1444 static void free_pcppages_bulk(struct zone *zone, int count,
1445                                         struct per_cpu_pages *pcp,
1446                                         int pindex)
1447 {
1448         unsigned long flags;
1449         int min_pindex = 0;
1450         int max_pindex = NR_PCP_LISTS - 1;
1451         unsigned int order;
1452         bool isolated_pageblocks;
1453         struct page *page;
1454
1455         /*
1456          * Ensure proper count is passed which otherwise would stuck in the
1457          * below while (list_empty(list)) loop.
1458          */
1459         count = min(pcp->count, count);
1460
1461         /* Ensure requested pindex is drained first. */
1462         pindex = pindex - 1;
1463
1464         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1465         isolated_pageblocks = has_isolate_pageblock(zone);
1466
1467         while (count > 0) {
1468                 struct list_head *list;
1469                 int nr_pages;
1470
1471                 /* Remove pages from lists in a round-robin fashion. */
1472                 do {
1473                         if (++pindex > max_pindex)
1474                                 pindex = min_pindex;
1475                         list = &pcp->lists[pindex];
1476                         if (!list_empty(list))
1477                                 break;
1478
1479                         if (pindex == max_pindex)
1480                                 max_pindex--;
1481                         if (pindex == min_pindex)
1482                                 min_pindex++;
1483                 } while (1);
1484
1485                 order = pindex_to_order(pindex);
1486                 nr_pages = 1 << order;
1487                 do {
1488                         int mt;
1489
1490                         page = list_last_entry(list, struct page, pcp_list);
1491                         mt = get_pcppage_migratetype(page);
1492
1493                         /* must delete to avoid corrupting pcp list */
1494                         list_del(&page->pcp_list);
1495                         count -= nr_pages;
1496                         pcp->count -= nr_pages;
1497
1498                         /* MIGRATE_ISOLATE page should not go to pcplists */
1499                         VM_BUG_ON_PAGE(is_migrate_isolate(mt), page);
1500                         /* Pageblock could have been isolated meanwhile */
1501                         if (unlikely(isolated_pageblocks))
1502                                 mt = get_pageblock_migratetype(page);
1503
1504                         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt, FPI_NONE);
1505                         trace_mm_page_pcpu_drain(page, order, mt);
1506                 } while (count > 0 && !list_empty(list));
1507         }
1508
1509         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1510 }
1511
1512 static void free_one_page(struct zone *zone,
1513                                 struct page *page, unsigned long pfn,
1514                                 unsigned int order,
1515                                 int migratetype, fpi_t fpi_flags)
1516 {
1517         unsigned long flags;
1518
1519         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1520         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1521                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1522                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1523         }
1524         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1525         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1526 }
1527
1528 static void __free_pages_ok(struct page *page, unsigned int order,
1529                             fpi_t fpi_flags)
1530 {
1531         unsigned long flags;
1532         int migratetype;
1533         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
1534         struct zone *zone = page_zone(page);
1535
1536         if (!free_pages_prepare(page, order, fpi_flags))
1537                 return;
1538
1539         /*
1540          * Calling get_pfnblock_migratetype() without spin_lock_irqsave() here
1541          * is used to avoid calling get_pfnblock_migratetype() under the lock.
1542          * This will reduce the lock holding time.
1543          */
1544         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1545
1546         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
1547         if (unlikely(has_isolate_pageblock(zone) ||
1548                 is_migrate_isolate(migratetype))) {
1549                 migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
1550         }
1551         __free_one_page(page, pfn, zone, order, migratetype, fpi_flags);
1552         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
1553
1554         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
1555 }
1556
1557 void __free_pages_core(struct page *page, unsigned int order)
1558 {
1559         unsigned int nr_pages = 1 << order;
1560         struct page *p = page;
1561         unsigned int loop;
1562
1563         /*
1564          * When initializing the memmap, __init_single_page() sets the refcount
1565          * of all pages to 1 ("allocated"/"not free"). We have to set the
1566          * refcount of all involved pages to 0.
1567          */
1568         prefetchw(p);
1569         for (loop = 0; loop < (nr_pages - 1); loop++, p++) {
1570                 prefetchw(p + 1);
1571                 __ClearPageReserved(p);
1572                 set_page_count(p, 0);
1573         }
1574         __ClearPageReserved(p);
1575         set_page_count(p, 0);
1576
1577         atomic_long_add(nr_pages, &page_zone(page)->managed_pages);
1578
1579         /*
1580          * Bypass PCP and place fresh pages right to the tail, primarily
1581          * relevant for memory onlining.
1582          */
1583         __free_pages_ok(page, order, FPI_TO_TAIL);
1584 }
1585
1586 /*
1587  * Check that the whole (or subset of) a pageblock given by the interval of
1588  * [start_pfn, end_pfn) is valid and within the same zone, before scanning it
1589  * with the migration of free compaction scanner.
1590  *
1591  * Return struct page pointer of start_pfn, or NULL if checks were not passed.
1592  *
1593  * It's possible on some configurations to have a setup like node0 node1 node0
1594  * i.e. it's possible that all pages within a zones range of pages do not
1595  * belong to a single zone. We assume that a border between node0 and node1
1596  * can occur within a single pageblock, but not a node0 node1 node0
1597  * interleaving within a single pageblock. It is therefore sufficient to check
1598  * the first and last page of a pageblock and avoid checking each individual
1599  * page in a pageblock.
1600  */
1601 struct page *__pageblock_pfn_to_page(unsigned long start_pfn,
1602                                      unsigned long end_pfn, struct zone *zone)
1603 {
1604         struct page *start_page;
1605         struct page *end_page;
1606
1607         /* end_pfn is one past the range we are checking */
1608         end_pfn--;
1609
1610         if (!pfn_valid(start_pfn) || !pfn_valid(end_pfn))
1611                 return NULL;
1612
1613         start_page = pfn_to_online_page(start_pfn);
1614         if (!start_page)
1615                 return NULL;
1616
1617         if (page_zone(start_page) != zone)
1618                 return NULL;
1619
1620         end_page = pfn_to_page(end_pfn);
1621
1622         /* This gives a shorter code than deriving page_zone(end_page) */
1623         if (page_zone_id(start_page) != page_zone_id(end_page))
1624                 return NULL;
1625
1626         return start_page;
1627 }
1628
1629 void set_zone_contiguous(struct zone *zone)
1630 {
1631         unsigned long block_start_pfn = zone->zone_start_pfn;
1632         unsigned long block_end_pfn;
1633
1634         block_end_pfn = pageblock_end_pfn(block_start_pfn);
1635         for (; block_start_pfn < zone_end_pfn(zone);
1636                         block_start_pfn = block_end_pfn,
1637                          block_end_pfn += pageblock_nr_pages) {
1638
1639                 block_end_pfn = min(block_end_pfn, zone_end_pfn(zone));
1640
1641                 if (!__pageblock_pfn_to_page(block_start_pfn,
1642                                              block_end_pfn, zone))
1643                         return;
1644                 cond_resched();
1645         }
1646
1647         /* We confirm that there is no hole */
1648         zone->contiguous = true;
1649 }
1650
1651 void clear_zone_contiguous(struct zone *zone)
1652 {
1653         zone->contiguous = false;
1654 }
1655
1656 /*
1657  * The order of subdivision here is critical for the IO subsystem.
1658  * Please do not alter this order without good reasons and regression
1659  * testing. Specifically, as large blocks of memory are subdivided,
1660  * the order in which smaller blocks are delivered depends on the order
1661  * they're subdivided in this function. This is the primary factor
1662  * influencing the order in which pages are delivered to the IO
1663  * subsystem according to empirical testing, and this is also justified
1664  * by considering the behavior of a buddy system containing a single
1665  * large block of memory acted on by a series of small allocations.
1666  * This behavior is a critical factor in sglist merging's success.
1667  *
1668  * -- nyc
1669  */
1670 static inline void expand(struct zone *zone, struct page *page,
1671         int low, int high, int migratetype)
1672 {
1673         unsigned long size = 1 << high;
1674
1675         while (high > low) {
1676                 high--;
1677                 size >>= 1;
1678                 VM_BUG_ON_PAGE(bad_range(zone, &page[size]), &page[size]);
1679
1680                 /*
1681                  * Mark as guard pages (or page), that will allow to
1682                  * merge back to allocator when buddy will be freed.
1683                  * Corresponding page table entries will not be touched,
1684                  * pages will stay not present in virtual address space
1685                  */
1686                 if (set_page_guard(zone, &page[size], high, migratetype))
1687                         continue;
1688
1689                 add_to_free_list(&page[size], zone, high, migratetype);
1690                 set_buddy_order(&page[size], high);
1691         }
1692 }
1693
1694 static void check_new_page_bad(struct page *page)
1695 {
1696         if (unlikely(page->flags & __PG_HWPOISON)) {
1697                 /* Don't complain about hwpoisoned pages */
1698                 page_mapcount_reset(page); /* remove PageBuddy */
1699                 return;
1700         }
1701
1702         bad_page(page,
1703                  page_bad_reason(page, PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP));
1704 }
1705
1706 /*
1707  * This page is about to be returned from the page allocator
1708  */
1709 static int check_new_page(struct page *page)
1710 {
1711         if (likely(page_expected_state(page,
1712                                 PAGE_FLAGS_CHECK_AT_PREP|__PG_HWPOISON)))
1713                 return 0;
1714
1715         check_new_page_bad(page);
1716         return 1;
1717 }
1718
1719 static inline bool check_new_pages(struct page *page, unsigned int order)
1720 {
1721         if (is_check_pages_enabled()) {
1722                 for (int i = 0; i < (1 << order); i++) {
1723                         struct page *p = page + i;
1724
1725                         if (unlikely(check_new_page(p)))
1726                                 return true;
1727                 }
1728         }
1729
1730         return false;
1731 }
1732
1733 static inline bool should_skip_kasan_unpoison(gfp_t flags)
1734 {
1735         /* Don't skip if a software KASAN mode is enabled. */
1736         if (IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_GENERIC) ||
1737             IS_ENABLED(CONFIG_KASAN_SW_TAGS))
1738                 return false;
1739
1740         /* Skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1741         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1742                 return true;
1743
1744         /*
1745          * With hardware tag-based KASAN enabled, skip if this has been
1746          * requested via __GFP_SKIP_KASAN.
1747          */
1748         return flags & __GFP_SKIP_KASAN;
1749 }
1750
1751 static inline bool should_skip_init(gfp_t flags)
1752 {
1753         /* Don't skip, if hardware tag-based KASAN is not enabled. */
1754         if (!kasan_hw_tags_enabled())
1755                 return false;
1756
1757         /* For hardware tag-based KASAN, skip if requested. */
1758         return (flags & __GFP_SKIP_ZERO);
1759 }
1760
1761 inline void post_alloc_hook(struct page *page, unsigned int order,
1762                                 gfp_t gfp_flags)
1763 {
1764         bool init = !want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_flags) &&
1765                         !should_skip_init(gfp_flags);
1766         bool zero_tags = init && (gfp_flags & __GFP_ZEROTAGS);
1767         int i;
1768
1769         set_page_private(page, 0);
1770         set_page_refcounted(page);
1771
1772         arch_alloc_page(page, order);
1773         debug_pagealloc_map_pages(page, 1 << order);
1774
1775         /*
1776          * Page unpoisoning must happen before memory initialization.
1777          * Otherwise, the poison pattern will be overwritten for __GFP_ZERO
1778          * allocations and the page unpoisoning code will complain.
1779          */
1780         kernel_unpoison_pages(page, 1 << order);
1781
1782         /*
1783          * As memory initialization might be integrated into KASAN,
1784          * KASAN unpoisoning and memory initializion code must be
1785          * kept together to avoid discrepancies in behavior.
1786          */
1787
1788         /*
1789          * If memory tags should be zeroed
1790          * (which happens only when memory should be initialized as well).
1791          */
1792         if (zero_tags) {
1793                 /* Initialize both memory and memory tags. */
1794                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1795                         tag_clear_highpage(page + i);
1796
1797                 /* Take note that memory was initialized by the loop above. */
1798                 init = false;
1799         }
1800         if (!should_skip_kasan_unpoison(gfp_flags) &&
1801             kasan_unpoison_pages(page, order, init)) {
1802                 /* Take note that memory was initialized by KASAN. */
1803                 if (kasan_has_integrated_init())
1804                         init = false;
1805         } else {
1806                 /*
1807                  * If memory tags have not been set by KASAN, reset the page
1808                  * tags to ensure page_address() dereferencing does not fault.
1809                  */
1810                 for (i = 0; i != 1 << order; ++i)
1811                         page_kasan_tag_reset(page + i);
1812         }
1813         /* If memory is still not initialized, initialize it now. */
1814         if (init)
1815                 kernel_init_pages(page, 1 << order);
1816
1817         set_page_owner(page, order, gfp_flags);
1818         page_table_check_alloc(page, order);
1819 }
1820
1821 static void prep_new_page(struct page *page, unsigned int order, gfp_t gfp_flags,
1822                                                         unsigned int alloc_flags)
1823 {
1824         post_alloc_hook(page, order, gfp_flags);
1825
1826         if (order && (gfp_flags & __GFP_COMP))
1827                 prep_compound_page(page, order);
1828
1829         /*
1830          * page is set pfmemalloc when ALLOC_NO_WATERMARKS was necessary to
1831          * allocate the page. The expectation is that the caller is taking
1832          * steps that will free more memory. The caller should avoid the page
1833          * being used for !PFMEMALLOC purposes.
1834          */
1835         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
1836                 set_page_pfmemalloc(page);
1837         else
1838                 clear_page_pfmemalloc(page);
1839 }
1840
1841 /*
1842  * Go through the free lists for the given migratetype and remove
1843  * the smallest available page from the freelists
1844  */
1845 static __always_inline
1846 struct page *__rmqueue_smallest(struct zone *zone, unsigned int order,
1847                                                 int migratetype)
1848 {
1849         unsigned int current_order;
1850         struct free_area *area;
1851         struct page *page;
1852
1853         /* Find a page of the appropriate size in the preferred list */
1854         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER; ++current_order) {
1855                 area = &(zone->free_area[current_order]);
1856                 page = get_page_from_free_area(area, migratetype);
1857                 if (!page)
1858                         continue;
1859                 del_page_from_free_list(page, zone, current_order);
1860                 expand(zone, page, order, current_order, migratetype);
1861                 set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
1862                 trace_mm_page_alloc_zone_locked(page, order, migratetype,
1863                                 pcp_allowed_order(order) &&
1864                                 migratetype < MIGRATE_PCPTYPES);
1865                 return page;
1866         }
1867
1868         return NULL;
1869 }
1870
1871
1872 /*
1873  * This array describes the order lists are fallen back to when
1874  * the free lists for the desirable migrate type are depleted
1875  *
1876  * The other migratetypes do not have fallbacks.
1877  */
1878 static int fallbacks[MIGRATE_TYPES][MIGRATE_PCPTYPES - 1] = {
1879         [MIGRATE_UNMOVABLE]   = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_MOVABLE   },
1880         [MIGRATE_MOVABLE]     = { MIGRATE_RECLAIMABLE, MIGRATE_UNMOVABLE },
1881         [MIGRATE_RECLAIMABLE] = { MIGRATE_UNMOVABLE,   MIGRATE_MOVABLE   },
1882 };
1883
1884 #ifdef CONFIG_CMA
1885 static __always_inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1886                                         unsigned int order)
1887 {
1888         return __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_CMA);
1889 }
1890 #else
1891 static inline struct page *__rmqueue_cma_fallback(struct zone *zone,
1892                                         unsigned int order) { return NULL; }
1893 #endif
1894
1895 /*
1896  * Move the free pages in a range to the freelist tail of the requested type.
1897  * Note that start_page and end_pages are not aligned on a pageblock
1898  * boundary. If alignment is required, use move_freepages_block()
1899  */
1900 static int move_freepages(struct zone *zone,
1901                           unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn,
1902                           int migratetype, int *num_movable)
1903 {
1904         struct page *page;
1905         unsigned long pfn;
1906         unsigned int order;
1907         int pages_moved = 0;
1908
1909         for (pfn = start_pfn; pfn <= end_pfn;) {
1910                 page = pfn_to_page(pfn);
1911                 if (!PageBuddy(page)) {
1912                         /*
1913                          * We assume that pages that could be isolated for
1914                          * migration are movable. But we don't actually try
1915                          * isolating, as that would be expensive.
1916                          */
1917                         if (num_movable &&
1918                                         (PageLRU(page) || __PageMovable(page)))
1919                                 (*num_movable)++;
1920                         pfn++;
1921                         continue;
1922                 }
1923
1924                 /* Make sure we are not inadvertently changing nodes */
1925                 VM_BUG_ON_PAGE(page_to_nid(page) != zone_to_nid(zone), page);
1926                 VM_BUG_ON_PAGE(page_zone(page) != zone, page);
1927
1928                 order = buddy_order(page);
1929                 move_to_free_list(page, zone, order, migratetype);
1930                 pfn += 1 << order;
1931                 pages_moved += 1 << order;
1932         }
1933
1934         return pages_moved;
1935 }
1936
1937 int move_freepages_block(struct zone *zone, struct page *page,
1938                                 int migratetype, int *num_movable)
1939 {
1940         unsigned long start_pfn, end_pfn, pfn;
1941
1942         if (num_movable)
1943                 *num_movable = 0;
1944
1945         pfn = page_to_pfn(page);
1946         start_pfn = pageblock_start_pfn(pfn);
1947         end_pfn = pageblock_end_pfn(pfn) - 1;
1948
1949         /* Do not cross zone boundaries */
1950         if (!zone_spans_pfn(zone, start_pfn))
1951                 start_pfn = pfn;
1952         if (!zone_spans_pfn(zone, end_pfn))
1953                 return 0;
1954
1955         return move_freepages(zone, start_pfn, end_pfn, migratetype,
1956                                                                 num_movable);
1957 }
1958
1959 static void change_pageblock_range(struct page *pageblock_page,
1960                                         int start_order, int migratetype)
1961 {
1962         int nr_pageblocks = 1 << (start_order - pageblock_order);
1963
1964         while (nr_pageblocks--) {
1965                 set_pageblock_migratetype(pageblock_page, migratetype);
1966                 pageblock_page += pageblock_nr_pages;
1967         }
1968 }
1969
1970 /*
1971  * When we are falling back to another migratetype during allocation, try to
1972  * steal extra free pages from the same pageblocks to satisfy further
1973  * allocations, instead of polluting multiple pageblocks.
1974  *
1975  * If we are stealing a relatively large buddy page, it is likely there will
1976  * be more free pages in the pageblock, so try to steal them all. For
1977  * reclaimable and unmovable allocations, we steal regardless of page size,
1978  * as fragmentation caused by those allocations polluting movable pageblocks
1979  * is worse than movable allocations stealing from unmovable and reclaimable
1980  * pageblocks.
1981  */
1982 static bool can_steal_fallback(unsigned int order, int start_mt)
1983 {
1984         /*
1985          * Leaving this order check is intended, although there is
1986          * relaxed order check in next check. The reason is that
1987          * we can actually steal whole pageblock if this condition met,
1988          * but, below check doesn't guarantee it and that is just heuristic
1989          * so could be changed anytime.
1990          */
1991         if (order >= pageblock_order)
1992                 return true;
1993
1994         if (order >= pageblock_order / 2 ||
1995                 start_mt == MIGRATE_RECLAIMABLE ||
1996                 start_mt == MIGRATE_UNMOVABLE ||
1997                 page_group_by_mobility_disabled)
1998                 return true;
1999
2000         return false;
2001 }
2002
2003 static inline bool boost_watermark(struct zone *zone)
2004 {
2005         unsigned long max_boost;
2006
2007         if (!watermark_boost_factor)
2008                 return false;
2009         /*
2010          * Don't bother in zones that are unlikely to produce results.
2011          * On small machines, including kdump capture kernels running
2012          * in a small area, boosting the watermark can cause an out of
2013          * memory situation immediately.
2014          */
2015         if ((pageblock_nr_pages * 4) > zone_managed_pages(zone))
2016                 return false;
2017
2018         max_boost = mult_frac(zone->_watermark[WMARK_HIGH],
2019                         watermark_boost_factor, 10000);
2020
2021         /*
2022          * high watermark may be uninitialised if fragmentation occurs
2023          * very early in boot so do not boost. We do not fall
2024          * through and boost by pageblock_nr_pages as failing
2025          * allocations that early means that reclaim is not going
2026          * to help and it may even be impossible to reclaim the
2027          * boosted watermark resulting in a hang.
2028          */
2029         if (!max_boost)
2030                 return false;
2031
2032         max_boost = max(pageblock_nr_pages, max_boost);
2033
2034         zone->watermark_boost = min(zone->watermark_boost + pageblock_nr_pages,
2035                 max_boost);
2036
2037         return true;
2038 }
2039
2040 /*
2041  * This function implements actual steal behaviour. If order is large enough,
2042  * we can steal whole pageblock. If not, we first move freepages in this
2043  * pageblock to our migratetype and determine how many already-allocated pages
2044  * are there in the pageblock with a compatible migratetype. If at least half
2045  * of pages are free or compatible, we can change migratetype of the pageblock
2046  * itself, so pages freed in the future will be put on the correct free list.
2047  */
2048 static void steal_suitable_fallback(struct zone *zone, struct page *page,
2049                 unsigned int alloc_flags, int start_type, bool whole_block)
2050 {
2051         unsigned int current_order = buddy_order(page);
2052         int free_pages, movable_pages, alike_pages;
2053         int old_block_type;
2054
2055         old_block_type = get_pageblock_migratetype(page);
2056
2057         /*
2058          * This can happen due to races and we want to prevent broken
2059          * highatomic accounting.
2060          */
2061         if (is_migrate_highatomic(old_block_type))
2062                 goto single_page;
2063
2064         /* Take ownership for orders >= pageblock_order */
2065         if (current_order >= pageblock_order) {
2066                 change_pageblock_range(page, current_order, start_type);
2067                 goto single_page;
2068         }
2069
2070         /*
2071          * Boost watermarks to increase reclaim pressure to reduce the
2072          * likelihood of future fallbacks. Wake kswapd now as the node
2073          * may be balanced overall and kswapd will not wake naturally.
2074          */
2075         if (boost_watermark(zone) && (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD))
2076                 set_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
2077
2078         /* We are not allowed to try stealing from the whole block */
2079         if (!whole_block)
2080                 goto single_page;
2081
2082         free_pages = move_freepages_block(zone, page, start_type,
2083                                                 &movable_pages);
2084         /*
2085          * Determine how many pages are compatible with our allocation.
2086          * For movable allocation, it's the number of movable pages which
2087          * we just obtained. For other types it's a bit more tricky.
2088          */
2089         if (start_type == MIGRATE_MOVABLE) {
2090                 alike_pages = movable_pages;
2091         } else {
2092                 /*
2093                  * If we are falling back a RECLAIMABLE or UNMOVABLE allocation
2094                  * to MOVABLE pageblock, consider all non-movable pages as
2095                  * compatible. If it's UNMOVABLE falling back to RECLAIMABLE or
2096                  * vice versa, be conservative since we can't distinguish the
2097                  * exact migratetype of non-movable pages.
2098                  */
2099                 if (old_block_type == MIGRATE_MOVABLE)
2100                         alike_pages = pageblock_nr_pages
2101                                                 - (free_pages + movable_pages);
2102                 else
2103                         alike_pages = 0;
2104         }
2105
2106         /* moving whole block can fail due to zone boundary conditions */
2107         if (!free_pages)
2108                 goto single_page;
2109
2110         /*
2111          * If a sufficient number of pages in the block are either free or of
2112          * comparable migratability as our allocation, claim the whole block.
2113          */
2114         if (free_pages + alike_pages >= (1 << (pageblock_order-1)) ||
2115                         page_group_by_mobility_disabled)
2116                 set_pageblock_migratetype(page, start_type);
2117
2118         return;
2119
2120 single_page:
2121         move_to_free_list(page, zone, current_order, start_type);
2122 }
2123
2124 /*
2125  * Check whether there is a suitable fallback freepage with requested order.
2126  * If only_stealable is true, this function returns fallback_mt only if
2127  * we can steal other freepages all together. This would help to reduce
2128  * fragmentation due to mixed migratetype pages in one pageblock.
2129  */
2130 int find_suitable_fallback(struct free_area *area, unsigned int order,
2131                         int migratetype, bool only_stealable, bool *can_steal)
2132 {
2133         int i;
2134         int fallback_mt;
2135
2136         if (area->nr_free == 0)
2137                 return -1;
2138
2139         *can_steal = false;
2140         for (i = 0; i < MIGRATE_PCPTYPES - 1 ; i++) {
2141                 fallback_mt = fallbacks[migratetype][i];
2142                 if (free_area_empty(area, fallback_mt))
2143                         continue;
2144
2145                 if (can_steal_fallback(order, migratetype))
2146                         *can_steal = true;
2147
2148                 if (!only_stealable)
2149                         return fallback_mt;
2150
2151                 if (*can_steal)
2152                         return fallback_mt;
2153         }
2154
2155         return -1;
2156 }
2157
2158 /*
2159  * Reserve a pageblock for exclusive use of high-order atomic allocations if
2160  * there are no empty page blocks that contain a page with a suitable order
2161  */
2162 static void reserve_highatomic_pageblock(struct page *page, struct zone *zone,
2163                                 unsigned int alloc_order)
2164 {
2165         int mt;
2166         unsigned long max_managed, flags;
2167
2168         /*
2169          * Limit the number reserved to 1 pageblock or roughly 1% of a zone.
2170          * Check is race-prone but harmless.
2171          */
2172         max_managed = (zone_managed_pages(zone) / 100) + pageblock_nr_pages;
2173         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2174                 return;
2175
2176         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2177
2178         /* Recheck the nr_reserved_highatomic limit under the lock */
2179         if (zone->nr_reserved_highatomic >= max_managed)
2180                 goto out_unlock;
2181
2182         /* Yoink! */
2183         mt = get_pageblock_migratetype(page);
2184         /* Only reserve normal pageblocks (i.e., they can merge with others) */
2185         if (migratetype_is_mergeable(mt)) {
2186                 zone->nr_reserved_highatomic += pageblock_nr_pages;
2187                 set_pageblock_migratetype(page, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2188                 move_freepages_block(zone, page, MIGRATE_HIGHATOMIC, NULL);
2189         }
2190
2191 out_unlock:
2192         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2193 }
2194
2195 /*
2196  * Used when an allocation is about to fail under memory pressure. This
2197  * potentially hurts the reliability of high-order allocations when under
2198  * intense memory pressure but failed atomic allocations should be easier
2199  * to recover from than an OOM.
2200  *
2201  * If @force is true, try to unreserve a pageblock even though highatomic
2202  * pageblock is exhausted.
2203  */
2204 static bool unreserve_highatomic_pageblock(const struct alloc_context *ac,
2205                                                 bool force)
2206 {
2207         struct zonelist *zonelist = ac->zonelist;
2208         unsigned long flags;
2209         struct zoneref *z;
2210         struct zone *zone;
2211         struct page *page;
2212         int order;
2213         bool ret;
2214
2215         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist, ac->highest_zoneidx,
2216                                                                 ac->nodemask) {
2217                 /*
2218                  * Preserve at least one pageblock unless memory pressure
2219                  * is really high.
2220                  */
2221                 if (!force && zone->nr_reserved_highatomic <=
2222                                         pageblock_nr_pages)
2223                         continue;
2224
2225                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2226                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
2227                         struct free_area *area = &(zone->free_area[order]);
2228
2229                         page = get_page_from_free_area(area, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2230                         if (!page)
2231                                 continue;
2232
2233                         /*
2234                          * In page freeing path, migratetype change is racy so
2235                          * we can counter several free pages in a pageblock
2236                          * in this loop although we changed the pageblock type
2237                          * from highatomic to ac->migratetype. So we should
2238                          * adjust the count once.
2239                          */
2240                         if (is_migrate_highatomic_page(page)) {
2241                                 /*
2242                                  * It should never happen but changes to
2243                                  * locking could inadvertently allow a per-cpu
2244                                  * drain to add pages to MIGRATE_HIGHATOMIC
2245                                  * while unreserving so be safe and watch for
2246                                  * underflows.
2247                                  */
2248                                 zone->nr_reserved_highatomic -= min(
2249                                                 pageblock_nr_pages,
2250                                                 zone->nr_reserved_highatomic);
2251                         }
2252
2253                         /*
2254                          * Convert to ac->migratetype and avoid the normal
2255                          * pageblock stealing heuristics. Minimally, the caller
2256                          * is doing the work and needs the pages. More
2257                          * importantly, if the block was always converted to
2258                          * MIGRATE_UNMOVABLE or another type then the number
2259                          * of pageblocks that cannot be completely freed
2260                          * may increase.
2261                          */
2262                         set_pageblock_migratetype(page, ac->migratetype);
2263                         ret = move_freepages_block(zone, page, ac->migratetype,
2264                                                                         NULL);
2265                         if (ret) {
2266                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2267                                 return ret;
2268                         }
2269                 }
2270                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2271         }
2272
2273         return false;
2274 }
2275
2276 /*
2277  * Try finding a free buddy page on the fallback list and put it on the free
2278  * list of requested migratetype, possibly along with other pages from the same
2279  * block, depending on fragmentation avoidance heuristics. Returns true if
2280  * fallback was found so that __rmqueue_smallest() can grab it.
2281  *
2282  * The use of signed ints for order and current_order is a deliberate
2283  * deviation from the rest of this file, to make the for loop
2284  * condition simpler.
2285  */
2286 static __always_inline bool
2287 __rmqueue_fallback(struct zone *zone, int order, int start_migratetype,
2288                                                 unsigned int alloc_flags)
2289 {
2290         struct free_area *area;
2291         int current_order;
2292         int min_order = order;
2293         struct page *page;
2294         int fallback_mt;
2295         bool can_steal;
2296
2297         /*
2298          * Do not steal pages from freelists belonging to other pageblocks
2299          * i.e. orders < pageblock_order. If there are no local zones free,
2300          * the zonelists will be reiterated without ALLOC_NOFRAGMENT.
2301          */
2302         if (order < pageblock_order && alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT)
2303                 min_order = pageblock_order;
2304
2305         /*
2306          * Find the largest available free page in the other list. This roughly
2307          * approximates finding the pageblock with the most free pages, which
2308          * would be too costly to do exactly.
2309          */
2310         for (current_order = MAX_ORDER; current_order >= min_order;
2311                                 --current_order) {
2312                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2313                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2314                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2315                 if (fallback_mt == -1)
2316                         continue;
2317
2318                 /*
2319                  * We cannot steal all free pages from the pageblock and the
2320                  * requested migratetype is movable. In that case it's better to
2321                  * steal and split the smallest available page instead of the
2322                  * largest available page, because even if the next movable
2323                  * allocation falls back into a different pageblock than this
2324                  * one, it won't cause permanent fragmentation.
2325                  */
2326                 if (!can_steal && start_migratetype == MIGRATE_MOVABLE
2327                                         && current_order > order)
2328                         goto find_smallest;
2329
2330                 goto do_steal;
2331         }
2332
2333         return false;
2334
2335 find_smallest:
2336         for (current_order = order; current_order <= MAX_ORDER;
2337                                                         current_order++) {
2338                 area = &(zone->free_area[current_order]);
2339                 fallback_mt = find_suitable_fallback(area, current_order,
2340                                 start_migratetype, false, &can_steal);
2341                 if (fallback_mt != -1)
2342                         break;
2343         }
2344
2345         /*
2346          * This should not happen - we already found a suitable fallback
2347          * when looking for the largest page.
2348          */
2349         VM_BUG_ON(current_order > MAX_ORDER);
2350
2351 do_steal:
2352         page = get_page_from_free_area(area, fallback_mt);
2353
2354         steal_suitable_fallback(zone, page, alloc_flags, start_migratetype,
2355                                                                 can_steal);
2356
2357         trace_mm_page_alloc_extfrag(page, order, current_order,
2358                 start_migratetype, fallback_mt);
2359
2360         return true;
2361
2362 }
2363
2364 /*
2365  * Do the hard work of removing an element from the buddy allocator.
2366  * Call me with the zone->lock already held.
2367  */
2368 static __always_inline struct page *
2369 __rmqueue(struct zone *zone, unsigned int order, int migratetype,
2370                                                 unsigned int alloc_flags)
2371 {
2372         struct page *page;
2373
2374         if (IS_ENABLED(CONFIG_CMA)) {
2375                 /*
2376                  * Balance movable allocations between regular and CMA areas by
2377                  * allocating from CMA when over half of the zone's free memory
2378                  * is in the CMA area.
2379                  */
2380                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA &&
2381                     zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES) >
2382                     zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES) / 2) {
2383                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2384                         if (page)
2385                                 return page;
2386                 }
2387         }
2388 retry:
2389         page = __rmqueue_smallest(zone, order, migratetype);
2390         if (unlikely(!page)) {
2391                 if (alloc_flags & ALLOC_CMA)
2392                         page = __rmqueue_cma_fallback(zone, order);
2393
2394                 if (!page && __rmqueue_fallback(zone, order, migratetype,
2395                                                                 alloc_flags))
2396                         goto retry;
2397         }
2398         return page;
2399 }
2400
2401 /*
2402  * Obtain a specified number of elements from the buddy allocator, all under
2403  * a single hold of the lock, for efficiency.  Add them to the supplied list.
2404  * Returns the number of new pages which were placed at *list.
2405  */
2406 static int rmqueue_bulk(struct zone *zone, unsigned int order,
2407                         unsigned long count, struct list_head *list,
2408                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
2409 {
2410         unsigned long flags;
2411         int i;
2412
2413         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2414         for (i = 0; i < count; ++i) {
2415                 struct page *page = __rmqueue(zone, order, migratetype,
2416                                                                 alloc_flags);
2417                 if (unlikely(page == NULL))
2418                         break;
2419
2420                 /*
2421                  * Split buddy pages returned by expand() are received here in
2422                  * physical page order. The page is added to the tail of
2423                  * caller's list. From the callers perspective, the linked list
2424                  * is ordered by page number under some conditions. This is
2425                  * useful for IO devices that can forward direction from the
2426                  * head, thus also in the physical page order. This is useful
2427                  * for IO devices that can merge IO requests if the physical
2428                  * pages are ordered properly.
2429                  */
2430                 list_add_tail(&page->pcp_list, list);
2431                 if (is_migrate_cma(get_pcppage_migratetype(page)))
2432                         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES,
2433                                               -(1 << order));
2434         }
2435
2436         __mod_zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES, -(i << order));
2437         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2438
2439         return i;
2440 }
2441
2442 #ifdef CONFIG_NUMA
2443 /*
2444  * Called from the vmstat counter updater to drain pagesets of this
2445  * currently executing processor on remote nodes after they have
2446  * expired.
2447  */
2448 void drain_zone_pages(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp)
2449 {
2450         int to_drain, batch;
2451
2452         batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2453         to_drain = min(pcp->count, batch);
2454         if (to_drain > 0) {
2455                 spin_lock(&pcp->lock);
2456                 free_pcppages_bulk(zone, to_drain, pcp, 0);
2457                 spin_unlock(&pcp->lock);
2458         }
2459 }
2460 #endif
2461
2462 /*
2463  * Drain pcplists of the indicated processor and zone.
2464  */
2465 static void drain_pages_zone(unsigned int cpu, struct zone *zone)
2466 {
2467         struct per_cpu_pages *pcp;
2468
2469         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2470         if (pcp->count) {
2471                 spin_lock(&pcp->lock);
2472                 free_pcppages_bulk(zone, pcp->count, pcp, 0);
2473                 spin_unlock(&pcp->lock);
2474         }
2475 }
2476
2477 /*
2478  * Drain pcplists of all zones on the indicated processor.
2479  */
2480 static void drain_pages(unsigned int cpu)
2481 {
2482         struct zone *zone;
2483
2484         for_each_populated_zone(zone) {
2485                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2486         }
2487 }
2488
2489 /*
2490  * Spill all of this CPU's per-cpu pages back into the buddy allocator.
2491  */
2492 void drain_local_pages(struct zone *zone)
2493 {
2494         int cpu = smp_processor_id();
2495
2496         if (zone)
2497                 drain_pages_zone(cpu, zone);
2498         else
2499                 drain_pages(cpu);
2500 }
2501
2502 /*
2503  * The implementation of drain_all_pages(), exposing an extra parameter to
2504  * drain on all cpus.
2505  *
2506  * drain_all_pages() is optimized to only execute on cpus where pcplists are
2507  * not empty. The check for non-emptiness can however race with a free to
2508  * pcplist that has not yet increased the pcp->count from 0 to 1. Callers
2509  * that need the guarantee that every CPU has drained can disable the
2510  * optimizing racy check.
2511  */
2512 static void __drain_all_pages(struct zone *zone, bool force_all_cpus)
2513 {
2514         int cpu;
2515
2516         /*
2517          * Allocate in the BSS so we won't require allocation in
2518          * direct reclaim path for CONFIG_CPUMASK_OFFSTACK=y
2519          */
2520         static cpumask_t cpus_with_pcps;
2521
2522         /*
2523          * Do not drain if one is already in progress unless it's specific to
2524          * a zone. Such callers are primarily CMA and memory hotplug and need
2525          * the drain to be complete when the call returns.
2526          */
2527         if (unlikely(!mutex_trylock(&pcpu_drain_mutex))) {
2528                 if (!zone)
2529                         return;
2530                 mutex_lock(&pcpu_drain_mutex);
2531         }
2532
2533         /*
2534          * We don't care about racing with CPU hotplug event
2535          * as offline notification will cause the notified
2536          * cpu to drain that CPU pcps and on_each_cpu_mask
2537          * disables preemption as part of its processing
2538          */
2539         for_each_online_cpu(cpu) {
2540                 struct per_cpu_pages *pcp;
2541                 struct zone *z;
2542                 bool has_pcps = false;
2543
2544                 if (force_all_cpus) {
2545                         /*
2546                          * The pcp.count check is racy, some callers need a
2547                          * guarantee that no cpu is missed.
2548                          */
2549                         has_pcps = true;
2550                 } else if (zone) {
2551                         pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
2552                         if (pcp->count)
2553                                 has_pcps = true;
2554                 } else {
2555                         for_each_populated_zone(z) {
2556                                 pcp = per_cpu_ptr(z->per_cpu_pageset, cpu);
2557                                 if (pcp->count) {
2558                                         has_pcps = true;
2559                                         break;
2560                                 }
2561                         }
2562                 }
2563
2564                 if (has_pcps)
2565                         cpumask_set_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2566                 else
2567                         cpumask_clear_cpu(cpu, &cpus_with_pcps);
2568         }
2569
2570         for_each_cpu(cpu, &cpus_with_pcps) {
2571                 if (zone)
2572                         drain_pages_zone(cpu, zone);
2573                 else
2574                         drain_pages(cpu);
2575         }
2576
2577         mutex_unlock(&pcpu_drain_mutex);
2578 }
2579
2580 /*
2581  * Spill all the per-cpu pages from all CPUs back into the buddy allocator.
2582  *
2583  * When zone parameter is non-NULL, spill just the single zone's pages.
2584  */
2585 void drain_all_pages(struct zone *zone)
2586 {
2587         __drain_all_pages(zone, false);
2588 }
2589
2590 #ifdef CONFIG_HIBERNATION
2591
2592 /*
2593  * Touch the watchdog for every WD_PAGE_COUNT pages.
2594  */
2595 #define WD_PAGE_COUNT   (128*1024)
2596
2597 void mark_free_pages(struct zone *zone)
2598 {
2599         unsigned long pfn, max_zone_pfn, page_count = WD_PAGE_COUNT;
2600         unsigned long flags;
2601         unsigned int order, t;
2602         struct page *page;
2603
2604         if (zone_is_empty(zone))
2605                 return;
2606
2607         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2608
2609         max_zone_pfn = zone_end_pfn(zone);
2610         for (pfn = zone->zone_start_pfn; pfn < max_zone_pfn; pfn++)
2611                 if (pfn_valid(pfn)) {
2612                         page = pfn_to_page(pfn);
2613
2614                         if (!--page_count) {
2615                                 touch_nmi_watchdog();
2616                                 page_count = WD_PAGE_COUNT;
2617                         }
2618
2619                         if (page_zone(page) != zone)
2620                                 continue;
2621
2622                         if (!swsusp_page_is_forbidden(page))
2623                                 swsusp_unset_page_free(page);
2624                 }
2625
2626         for_each_migratetype_order(order, t) {
2627                 list_for_each_entry(page,
2628                                 &zone->free_area[order].free_list[t], buddy_list) {
2629                         unsigned long i;
2630
2631                         pfn = page_to_pfn(page);
2632                         for (i = 0; i < (1UL << order); i++) {
2633                                 if (!--page_count) {
2634                                         touch_nmi_watchdog();
2635                                         page_count = WD_PAGE_COUNT;
2636                                 }
2637                                 swsusp_set_page_free(pfn_to_page(pfn + i));
2638                         }
2639                 }
2640         }
2641         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
2642 }
2643 #endif /* CONFIG_PM */
2644
2645 static bool free_unref_page_prepare(struct page *page, unsigned long pfn,
2646                                                         unsigned int order)
2647 {
2648         int migratetype;
2649
2650         if (!free_pages_prepare(page, order, FPI_NONE))
2651                 return false;
2652
2653         migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
2654         set_pcppage_migratetype(page, migratetype);
2655         return true;
2656 }
2657
2658 static int nr_pcp_free(struct per_cpu_pages *pcp, int high, int batch,
2659                        bool free_high)
2660 {
2661         int min_nr_free, max_nr_free;
2662
2663         /* Free everything if batch freeing high-order pages. */
2664         if (unlikely(free_high))
2665                 return pcp->count;
2666
2667         /* Check for PCP disabled or boot pageset */
2668         if (unlikely(high < batch))
2669                 return 1;
2670
2671         /* Leave at least pcp->batch pages on the list */
2672         min_nr_free = batch;
2673         max_nr_free = high - batch;
2674
2675         /*
2676          * Double the number of pages freed each time there is subsequent
2677          * freeing of pages without any allocation.
2678          */
2679         batch <<= pcp->free_factor;
2680         if (batch < max_nr_free)
2681                 pcp->free_factor++;
2682         batch = clamp(batch, min_nr_free, max_nr_free);
2683
2684         return batch;
2685 }
2686
2687 static int nr_pcp_high(struct per_cpu_pages *pcp, struct zone *zone,
2688                        bool free_high)
2689 {
2690         int high = READ_ONCE(pcp->high);
2691
2692         if (unlikely(!high || free_high))
2693                 return 0;
2694
2695         if (!test_bit(ZONE_RECLAIM_ACTIVE, &zone->flags))
2696                 return high;
2697
2698         /*
2699          * If reclaim is active, limit the number of pages that can be
2700          * stored on pcp lists
2701          */
2702         return min(READ_ONCE(pcp->batch) << 2, high);
2703 }
2704
2705 static void free_unref_page_commit(struct zone *zone, struct per_cpu_pages *pcp,
2706                                    struct page *page, int migratetype,
2707                                    unsigned int order)
2708 {
2709         int high;
2710         int pindex;
2711         bool free_high;
2712
2713         __count_vm_events(PGFREE, 1 << order);
2714         pindex = order_to_pindex(migratetype, order);
2715         list_add(&page->pcp_list, &pcp->lists[pindex]);
2716         pcp->count += 1 << order;
2717
2718         /*
2719          * As high-order pages other than THP's stored on PCP can contribute
2720          * to fragmentation, limit the number stored when PCP is heavily
2721          * freeing without allocation. The remainder after bulk freeing
2722          * stops will be drained from vmstat refresh context.
2723          */
2724         free_high = (pcp->free_factor && order && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER);
2725
2726         high = nr_pcp_high(pcp, zone, free_high);
2727         if (pcp->count >= high) {
2728                 int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
2729
2730                 free_pcppages_bulk(zone, nr_pcp_free(pcp, high, batch, free_high), pcp, pindex);
2731         }
2732 }
2733
2734 /*
2735  * Free a pcp page
2736  */
2737 void free_unref_page(struct page *page, unsigned int order)
2738 {
2739         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2740         struct per_cpu_pages *pcp;
2741         struct zone *zone;
2742         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2743         int migratetype;
2744
2745         if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, order))
2746                 return;
2747
2748         /*
2749          * We only track unmovable, reclaimable and movable on pcp lists.
2750          * Place ISOLATE pages on the isolated list because they are being
2751          * offlined but treat HIGHATOMIC as movable pages so we can get those
2752          * areas back if necessary. Otherwise, we may have to free
2753          * excessively into the page allocator
2754          */
2755         migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2756         if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES)) {
2757                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2758                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2759                         return;
2760                 }
2761                 migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2762         }
2763
2764         zone = page_zone(page);
2765         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2766         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2767         if (pcp) {
2768                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, order);
2769                 pcp_spin_unlock(pcp);
2770         } else {
2771                 free_one_page(zone, page, pfn, order, migratetype, FPI_NONE);
2772         }
2773         pcp_trylock_finish(UP_flags);
2774 }
2775
2776 /*
2777  * Free a list of 0-order pages
2778  */
2779 void free_unref_page_list(struct list_head *list)
2780 {
2781         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
2782         struct page *page, *next;
2783         struct per_cpu_pages *pcp = NULL;
2784         struct zone *locked_zone = NULL;
2785         int batch_count = 0;
2786         int migratetype;
2787
2788         /* Prepare pages for freeing */
2789         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2790                 unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
2791                 if (!free_unref_page_prepare(page, pfn, 0)) {
2792                         list_del(&page->lru);
2793                         continue;
2794                 }
2795
2796                 /*
2797                  * Free isolated pages directly to the allocator, see
2798                  * comment in free_unref_page.
2799                  */
2800                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2801                 if (unlikely(is_migrate_isolate(migratetype))) {
2802                         list_del(&page->lru);
2803                         free_one_page(page_zone(page), page, pfn, 0, migratetype, FPI_NONE);
2804                         continue;
2805                 }
2806         }
2807
2808         list_for_each_entry_safe(page, next, list, lru) {
2809                 struct zone *zone = page_zone(page);
2810
2811                 list_del(&page->lru);
2812                 migratetype = get_pcppage_migratetype(page);
2813
2814                 /*
2815                  * Either different zone requiring a different pcp lock or
2816                  * excessive lock hold times when freeing a large list of
2817                  * pages.
2818                  */
2819                 if (zone != locked_zone || batch_count == SWAP_CLUSTER_MAX) {
2820                         if (pcp) {
2821                                 pcp_spin_unlock(pcp);
2822                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2823                         }
2824
2825                         batch_count = 0;
2826
2827                         /*
2828                          * trylock is necessary as pages may be getting freed
2829                          * from IRQ or SoftIRQ context after an IO completion.
2830                          */
2831                         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
2832                         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
2833                         if (unlikely(!pcp)) {
2834                                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2835                                 free_one_page(zone, page, page_to_pfn(page),
2836                                               0, migratetype, FPI_NONE);
2837                                 locked_zone = NULL;
2838                                 continue;
2839                         }
2840                         locked_zone = zone;
2841                 }
2842
2843                 /*
2844                  * Non-isolated types over MIGRATE_PCPTYPES get added
2845                  * to the MIGRATE_MOVABLE pcp list.
2846                  */
2847                 if (unlikely(migratetype >= MIGRATE_PCPTYPES))
2848                         migratetype = MIGRATE_MOVABLE;
2849
2850                 trace_mm_page_free_batched(page);
2851                 free_unref_page_commit(zone, pcp, page, migratetype, 0);
2852                 batch_count++;
2853         }
2854
2855         if (pcp) {
2856                 pcp_spin_unlock(pcp);
2857                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
2858         }
2859 }
2860
2861 /*
2862  * split_page takes a non-compound higher-order page, and splits it into
2863  * n (1<<order) sub-pages: page[0..n]
2864  * Each sub-page must be freed individually.
2865  *
2866  * Note: this is probably too low level an operation for use in drivers.
2867  * Please consult with lkml before using this in your driver.
2868  */
2869 void split_page(struct page *page, unsigned int order)
2870 {
2871         int i;
2872
2873         VM_BUG_ON_PAGE(PageCompound(page), page);
2874         VM_BUG_ON_PAGE(!page_count(page), page);
2875
2876         for (i = 1; i < (1 << order); i++)
2877                 set_page_refcounted(page + i);
2878         split_page_owner(page, 1 << order);
2879         split_page_memcg(page, 1 << order);
2880 }
2881 EXPORT_SYMBOL_GPL(split_page);
2882
2883 int __isolate_free_page(struct page *page, unsigned int order)
2884 {
2885         struct zone *zone = page_zone(page);
2886         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2887
2888         if (!is_migrate_isolate(mt)) {
2889                 unsigned long watermark;
2890                 /*
2891                  * Obey watermarks as if the page was being allocated. We can
2892                  * emulate a high-order watermark check with a raised order-0
2893                  * watermark, because we already know our high-order page
2894                  * exists.
2895                  */
2896                 watermark = zone->_watermark[WMARK_MIN] + (1UL << order);
2897                 if (!zone_watermark_ok(zone, 0, watermark, 0, ALLOC_CMA))
2898                         return 0;
2899
2900                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1UL << order), mt);
2901         }
2902
2903         del_page_from_free_list(page, zone, order);
2904
2905         /*
2906          * Set the pageblock if the isolated page is at least half of a
2907          * pageblock
2908          */
2909         if (order >= pageblock_order - 1) {
2910                 struct page *endpage = page + (1 << order) - 1;
2911                 for (; page < endpage; page += pageblock_nr_pages) {
2912                         int mt = get_pageblock_migratetype(page);
2913                         /*
2914                          * Only change normal pageblocks (i.e., they can merge
2915                          * with others)
2916                          */
2917                         if (migratetype_is_mergeable(mt))
2918                                 set_pageblock_migratetype(page,
2919                                                           MIGRATE_MOVABLE);
2920                 }
2921         }
2922
2923         return 1UL << order;
2924 }
2925
2926 /**
2927  * __putback_isolated_page - Return a now-isolated page back where we got it
2928  * @page: Page that was isolated
2929  * @order: Order of the isolated page
2930  * @mt: The page's pageblock's migratetype
2931  *
2932  * This function is meant to return a page pulled from the free lists via
2933  * __isolate_free_page back to the free lists they were pulled from.
2934  */
2935 void __putback_isolated_page(struct page *page, unsigned int order, int mt)
2936 {
2937         struct zone *zone = page_zone(page);
2938
2939         /* zone lock should be held when this function is called */
2940         lockdep_assert_held(&zone->lock);
2941
2942         /* Return isolated page to tail of freelist. */
2943         __free_one_page(page, page_to_pfn(page), zone, order, mt,
2944                         FPI_SKIP_REPORT_NOTIFY | FPI_TO_TAIL);
2945 }
2946
2947 /*
2948  * Update NUMA hit/miss statistics
2949  */
2950 static inline void zone_statistics(struct zone *preferred_zone, struct zone *z,
2951                                    long nr_account)
2952 {
2953 #ifdef CONFIG_NUMA
2954         enum numa_stat_item local_stat = NUMA_LOCAL;
2955
2956         /* skip numa counters update if numa stats is disabled */
2957         if (!static_branch_likely(&vm_numa_stat_key))
2958                 return;
2959
2960         if (zone_to_nid(z) != numa_node_id())
2961                 local_stat = NUMA_OTHER;
2962
2963         if (zone_to_nid(z) == zone_to_nid(preferred_zone))
2964                 __count_numa_events(z, NUMA_HIT, nr_account);
2965         else {
2966                 __count_numa_events(z, NUMA_MISS, nr_account);
2967                 __count_numa_events(preferred_zone, NUMA_FOREIGN, nr_account);
2968         }
2969         __count_numa_events(z, local_stat, nr_account);
2970 #endif
2971 }
2972
2973 static __always_inline
2974 struct page *rmqueue_buddy(struct zone *preferred_zone, struct zone *zone,
2975                            unsigned int order, unsigned int alloc_flags,
2976                            int migratetype)
2977 {
2978         struct page *page;
2979         unsigned long flags;
2980
2981         do {
2982                 page = NULL;
2983                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
2984                 /*
2985                  * order-0 request can reach here when the pcplist is skipped
2986                  * due to non-CMA allocation context. HIGHATOMIC area is
2987                  * reserved for high-order atomic allocation, so order-0
2988                  * request should skip it.
2989                  */
2990                 if (alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC)
2991                         page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
2992                 if (!page) {
2993                         page = __rmqueue(zone, order, migratetype, alloc_flags);
2994
2995                         /*
2996                          * If the allocation fails, allow OOM handling access
2997                          * to HIGHATOMIC reserves as failing now is worse than
2998                          * failing a high-order atomic allocation in the
2999                          * future.
3000                          */
3001                         if (!page && (alloc_flags & ALLOC_OOM))
3002                                 page = __rmqueue_smallest(zone, order, MIGRATE_HIGHATOMIC);
3003
3004                         if (!page) {
3005                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3006                                 return NULL;
3007                         }
3008                 }
3009                 __mod_zone_freepage_state(zone, -(1 << order),
3010                                           get_pcppage_migratetype(page));
3011                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
3012         } while (check_new_pages(page, order));
3013
3014         __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3015         zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3016
3017         return page;
3018 }
3019
3020 /* Remove page from the per-cpu list, caller must protect the list */
3021 static inline
3022 struct page *__rmqueue_pcplist(struct zone *zone, unsigned int order,
3023                         int migratetype,
3024                         unsigned int alloc_flags,
3025                         struct per_cpu_pages *pcp,
3026                         struct list_head *list)
3027 {
3028         struct page *page;
3029
3030         do {
3031                 if (list_empty(list)) {
3032                         int batch = READ_ONCE(pcp->batch);
3033                         int alloced;
3034
3035                         /*
3036                          * Scale batch relative to order if batch implies
3037                          * free pages can be stored on the PCP. Batch can
3038                          * be 1 for small zones or for boot pagesets which
3039                          * should never store free pages as the pages may
3040                          * belong to arbitrary zones.
3041                          */
3042                         if (batch > 1)
3043                                 batch = max(batch >> order, 2);
3044                         alloced = rmqueue_bulk(zone, order,
3045                                         batch, list,
3046                                         migratetype, alloc_flags);
3047
3048                         pcp->count += alloced << order;
3049                         if (unlikely(list_empty(list)))
3050                                 return NULL;
3051                 }
3052
3053                 page = list_first_entry(list, struct page, pcp_list);
3054                 list_del(&page->pcp_list);
3055                 pcp->count -= 1 << order;
3056         } while (check_new_pages(page, order));
3057
3058         return page;
3059 }
3060
3061 /* Lock and remove page from the per-cpu list */
3062 static struct page *rmqueue_pcplist(struct zone *preferred_zone,
3063                         struct zone *zone, unsigned int order,
3064                         int migratetype, unsigned int alloc_flags)
3065 {
3066         struct per_cpu_pages *pcp;
3067         struct list_head *list;
3068         struct page *page;
3069         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
3070
3071         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
3072         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
3073         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
3074         if (!pcp) {
3075                 pcp_trylock_finish(UP_flags);
3076                 return NULL;
3077         }
3078
3079         /*
3080          * On allocation, reduce the number of pages that are batch freed.
3081          * See nr_pcp_free() where free_factor is increased for subsequent
3082          * frees.
3083          */
3084         pcp->free_factor >>= 1;
3085         list = &pcp->lists[order_to_pindex(migratetype, order)];
3086         page = __rmqueue_pcplist(zone, order, migratetype, alloc_flags, pcp, list);
3087         pcp_spin_unlock(pcp);
3088         pcp_trylock_finish(UP_flags);
3089         if (page) {
3090                 __count_zid_vm_events(PGALLOC, page_zonenum(page), 1 << order);
3091                 zone_statistics(preferred_zone, zone, 1);
3092         }
3093         return page;
3094 }
3095
3096 /*
3097  * Allocate a page from the given zone.
3098  * Use pcplists for THP or "cheap" high-order allocations.
3099  */
3100
3101 /*
3102  * Do not instrument rmqueue() with KMSAN. This function may call
3103  * __msan_poison_alloca() through a call to set_pfnblock_flags_mask().
3104  * If __msan_poison_alloca() attempts to allocate pages for the stack depot, it
3105  * may call rmqueue() again, which will result in a deadlock.
3106  */
3107 __no_sanitize_memory
3108 static inline
3109 struct page *rmqueue(struct zone *preferred_zone,
3110                         struct zone *zone, unsigned int order,
3111                         gfp_t gfp_flags, unsigned int alloc_flags,
3112                         int migratetype)
3113 {
3114         struct page *page;
3115
3116         /*
3117          * We most definitely don't want callers attempting to
3118          * allocate greater than order-1 page units with __GFP_NOFAIL.
3119          */
3120         WARN_ON_ONCE((gfp_flags & __GFP_NOFAIL) && (order > 1));
3121
3122         if (likely(pcp_allowed_order(order))) {
3123                 /*
3124                  * MIGRATE_MOVABLE pcplist could have the pages on CMA area and
3125                  * we need to skip it when CMA area isn't allowed.
3126                  */
3127                 if (!IS_ENABLED(CONFIG_CMA) || alloc_flags & ALLOC_CMA ||
3128                                 migratetype != MIGRATE_MOVABLE) {
3129                         page = rmqueue_pcplist(preferred_zone, zone, order,
3130                                         migratetype, alloc_flags);
3131                         if (likely(page))
3132                                 goto out;
3133                 }
3134         }
3135
3136         page = rmqueue_buddy(preferred_zone, zone, order, alloc_flags,
3137                                                         migratetype);
3138
3139 out:
3140         /* Separate test+clear to avoid unnecessary atomics */
3141         if (unlikely(test_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags))) {
3142                 clear_bit(ZONE_BOOSTED_WATERMARK, &zone->flags);
3143                 wakeup_kswapd(zone, 0, 0, zone_idx(zone));
3144         }
3145
3146         VM_BUG_ON_PAGE(page && bad_range(zone, page), page);
3147         return page;
3148 }
3149
3150 #ifdef CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC
3151
3152 static struct {
3153         struct fault_attr attr;
3154
3155         bool ignore_gfp_highmem;
3156         bool ignore_gfp_reclaim;
3157         u32 min_order;
3158 } fail_page_alloc = {
3159         .attr = FAULT_ATTR_INITIALIZER,
3160         .ignore_gfp_reclaim = true,
3161         .ignore_gfp_highmem = true,
3162         .min_order = 1,
3163 };
3164
3165 static int __init setup_fail_page_alloc(char *str)
3166 {
3167         return setup_fault_attr(&fail_page_alloc.attr, str);
3168 }
3169 __setup("fail_page_alloc=", setup_fail_page_alloc);
3170
3171 static bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3172 {
3173         int flags = 0;
3174
3175         if (order < fail_page_alloc.min_order)
3176                 return false;
3177         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3178                 return false;
3179         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem && (gfp_mask & __GFP_HIGHMEM))
3180                 return false;
3181         if (fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim &&
3182                         (gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3183                 return false;
3184
3185         /* See comment in __should_failslab() */
3186         if (gfp_mask & __GFP_NOWARN)
3187                 flags |= FAULT_NOWARN;
3188
3189         return should_fail_ex(&fail_page_alloc.attr, 1 << order, flags);
3190 }
3191
3192 #ifdef CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS
3193
3194 static int __init fail_page_alloc_debugfs(void)
3195 {
3196         umode_t mode = S_IFREG | 0600;
3197         struct dentry *dir;
3198
3199         dir = fault_create_debugfs_attr("fail_page_alloc", NULL,
3200                                         &fail_page_alloc.attr);
3201
3202         debugfs_create_bool("ignore-gfp-wait", mode, dir,
3203                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_reclaim);
3204         debugfs_create_bool("ignore-gfp-highmem", mode, dir,
3205                             &fail_page_alloc.ignore_gfp_highmem);
3206         debugfs_create_u32("min-order", mode, dir, &fail_page_alloc.min_order);
3207
3208         return 0;
3209 }
3210
3211 late_initcall(fail_page_alloc_debugfs);
3212
3213 #endif /* CONFIG_FAULT_INJECTION_DEBUG_FS */
3214
3215 #else /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3216
3217 static inline bool __should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3218 {
3219         return false;
3220 }
3221
3222 #endif /* CONFIG_FAIL_PAGE_ALLOC */
3223
3224 noinline bool should_fail_alloc_page(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
3225 {
3226         return __should_fail_alloc_page(gfp_mask, order);
3227 }
3228 ALLOW_ERROR_INJECTION(should_fail_alloc_page, TRUE);
3229
3230 static inline long __zone_watermark_unusable_free(struct zone *z,
3231                                 unsigned int order, unsigned int alloc_flags)
3232 {
3233         long unusable_free = (1 << order) - 1;
3234
3235         /*
3236          * If the caller does not have rights to reserves below the min
3237          * watermark then subtract the high-atomic reserves. This will
3238          * over-estimate the size of the atomic reserve but it avoids a search.
3239          */
3240         if (likely(!(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)))
3241                 unusable_free += z->nr_reserved_highatomic;
3242
3243 #ifdef CONFIG_CMA
3244         /* If allocation can't use CMA areas don't use free CMA pages */
3245         if (!(alloc_flags & ALLOC_CMA))
3246                 unusable_free += zone_page_state(z, NR_FREE_CMA_PAGES);
3247 #endif
3248
3249         return unusable_free;
3250 }
3251
3252 /*
3253  * Return true if free base pages are above 'mark'. For high-order checks it
3254  * will return true of the order-0 watermark is reached and there is at least
3255  * one free page of a suitable size. Checking now avoids taking the zone lock
3256  * to check in the allocation paths if no pages are free.
3257  */
3258 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3259                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
3260                          long free_pages)
3261 {
3262         long min = mark;
3263         int o;
3264
3265         /* free_pages may go negative - that's OK */
3266         free_pages -= __zone_watermark_unusable_free(z, order, alloc_flags);
3267
3268         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_RESERVES)) {
3269                 /*
3270                  * __GFP_HIGH allows access to 50% of the min reserve as well
3271                  * as OOM.
3272                  */
3273                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) {
3274                         min -= min / 2;
3275
3276                         /*
3277                          * Non-blocking allocations (e.g. GFP_ATOMIC) can
3278                          * access more reserves than just __GFP_HIGH. Other
3279                          * non-blocking allocations requests such as GFP_NOWAIT
3280                          * or (GFP_KERNEL & ~__GFP_DIRECT_RECLAIM) do not get
3281                          * access to the min reserve.
3282                          */
3283                         if (alloc_flags & ALLOC_NON_BLOCK)
3284                                 min -= min / 4;
3285                 }
3286
3287                 /*
3288                  * OOM victims can try even harder than the normal reserve
3289                  * users on the grounds that it's definitely going to be in
3290                  * the exit path shortly and free memory. Any allocation it
3291                  * makes during the free path will be small and short-lived.
3292                  */
3293                 if (alloc_flags & ALLOC_OOM)
3294                         min -= min / 2;
3295         }
3296
3297         /*
3298          * Check watermarks for an order-0 allocation request. If these
3299          * are not met, then a high-order request also cannot go ahead
3300          * even if a suitable page happened to be free.
3301          */
3302         if (free_pages <= min + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3303                 return false;
3304
3305         /* If this is an order-0 request then the watermark is fine */
3306         if (!order)
3307                 return true;
3308
3309         /* For a high-order request, check at least one suitable page is free */
3310         for (o = order; o <= MAX_ORDER; o++) {
3311                 struct free_area *area = &z->free_area[o];
3312                 int mt;
3313
3314                 if (!area->nr_free)
3315                         continue;
3316
3317                 for (mt = 0; mt < MIGRATE_PCPTYPES; mt++) {
3318                         if (!free_area_empty(area, mt))
3319                                 return true;
3320                 }
3321
3322 #ifdef CONFIG_CMA
3323                 if ((alloc_flags & ALLOC_CMA) &&
3324                     !free_area_empty(area, MIGRATE_CMA)) {
3325                         return true;
3326                 }
3327 #endif
3328                 if ((alloc_flags & (ALLOC_HIGHATOMIC|ALLOC_OOM)) &&
3329                     !free_area_empty(area, MIGRATE_HIGHATOMIC)) {
3330                         return true;
3331                 }
3332         }
3333         return false;
3334 }
3335
3336 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
3337                       int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags)
3338 {
3339         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3340                                         zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES));
3341 }
3342
3343 static inline bool zone_watermark_fast(struct zone *z, unsigned int order,
3344                                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
3345                                 unsigned int alloc_flags, gfp_t gfp_mask)
3346 {
3347         long free_pages;
3348
3349         free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3350
3351         /*
3352          * Fast check for order-0 only. If this fails then the reserves
3353          * need to be calculated.
3354          */
3355         if (!order) {
3356                 long usable_free;
3357                 long reserved;
3358
3359                 usable_free = free_pages;
3360                 reserved = __zone_watermark_unusable_free(z, 0, alloc_flags);
3361
3362                 /* reserved may over estimate high-atomic reserves. */
3363                 usable_free -= min(usable_free, reserved);
3364                 if (usable_free > mark + z->lowmem_reserve[highest_zoneidx])
3365                         return true;
3366         }
3367
3368         if (__zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, alloc_flags,
3369                                         free_pages))
3370                 return true;
3371
3372         /*
3373          * Ignore watermark boosting for __GFP_HIGH order-0 allocations
3374          * when checking the min watermark. The min watermark is the
3375          * point where boosting is ignored so that kswapd is woken up
3376          * when below the low watermark.
3377          */
3378         if (unlikely(!order && (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE) && z->watermark_boost
3379                 && ((alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) == WMARK_MIN))) {
3380                 mark = z->_watermark[WMARK_MIN];
3381                 return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx,
3382                                         alloc_flags, free_pages);
3383         }
3384
3385         return false;
3386 }
3387
3388 bool zone_watermark_ok_safe(struct zone *z, unsigned int order,
3389                         unsigned long mark, int highest_zoneidx)
3390 {
3391         long free_pages = zone_page_state(z, NR_FREE_PAGES);
3392
3393         if (z->percpu_drift_mark && free_pages < z->percpu_drift_mark)
3394                 free_pages = zone_page_state_snapshot(z, NR_FREE_PAGES);
3395
3396         return __zone_watermark_ok(z, order, mark, highest_zoneidx, 0,
3397                                                                 free_pages);
3398 }
3399
3400 #ifdef CONFIG_NUMA
3401 int __read_mostly node_reclaim_distance = RECLAIM_DISTANCE;
3402
3403 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3404 {
3405         return node_distance(zone_to_nid(local_zone), zone_to_nid(zone)) <=
3406                                 node_reclaim_distance;
3407 }
3408 #else   /* CONFIG_NUMA */
3409 static bool zone_allows_reclaim(struct zone *local_zone, struct zone *zone)
3410 {
3411         return true;
3412 }
3413 #endif  /* CONFIG_NUMA */
3414
3415 /*
3416  * The restriction on ZONE_DMA32 as being a suitable zone to use to avoid
3417  * fragmentation is subtle. If the preferred zone was HIGHMEM then
3418  * premature use of a lower zone may cause lowmem pressure problems that
3419  * are worse than fragmentation. If the next zone is ZONE_DMA then it is
3420  * probably too small. It only makes sense to spread allocations to avoid
3421  * fragmentation between the Normal and DMA32 zones.
3422  */
3423 static inline unsigned int
3424 alloc_flags_nofragment(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask)
3425 {
3426         unsigned int alloc_flags;
3427
3428         /*
3429          * __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
3430          * to save a branch.
3431          */
3432         alloc_flags = (__force int) (gfp_mask & __GFP_KSWAPD_RECLAIM);
3433
3434 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
3435         if (!zone)
3436                 return alloc_flags;
3437
3438         if (zone_idx(zone) != ZONE_NORMAL)
3439                 return alloc_flags;
3440
3441         /*
3442          * If ZONE_DMA32 exists, assume it is the one after ZONE_NORMAL and
3443          * the pointer is within zone->zone_pgdat->node_zones[]. Also assume
3444          * on UMA that if Normal is populated then so is DMA32.
3445          */
3446         BUILD_BUG_ON(ZONE_NORMAL - ZONE_DMA32 != 1);
3447         if (nr_online_nodes > 1 && !populated_zone(--zone))
3448                 return alloc_flags;
3449
3450         alloc_flags |= ALLOC_NOFRAGMENT;
3451 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA32 */
3452         return alloc_flags;
3453 }
3454
3455 /* Must be called after current_gfp_context() which can change gfp_mask */
3456 static inline unsigned int gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_t gfp_mask,
3457                                                   unsigned int alloc_flags)
3458 {
3459 #ifdef CONFIG_CMA
3460         if (gfp_migratetype(gfp_mask) == MIGRATE_MOVABLE)
3461                 alloc_flags |= ALLOC_CMA;
3462 #endif
3463         return alloc_flags;
3464 }
3465
3466 /*
3467  * get_page_from_freelist goes through the zonelist trying to allocate
3468  * a page.
3469  */
3470 static struct page *
3471 get_page_from_freelist(gfp_t gfp_mask, unsigned int order, int alloc_flags,
3472                                                 const struct alloc_context *ac)
3473 {
3474         struct zoneref *z;
3475         struct zone *zone;
3476         struct pglist_data *last_pgdat = NULL;
3477         bool last_pgdat_dirty_ok = false;
3478         bool no_fallback;
3479
3480 retry:
3481         /*
3482          * Scan zonelist, looking for a zone with enough free.
3483          * See also __cpuset_node_allowed() comment in kernel/cgroup/cpuset.c.
3484          */
3485         no_fallback = alloc_flags & ALLOC_NOFRAGMENT;
3486         z = ac->preferred_zoneref;
3487         for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->highest_zoneidx,
3488                                         ac->nodemask) {
3489                 struct page *page;
3490                 unsigned long mark;
3491
3492                 if (cpusets_enabled() &&
3493                         (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
3494                         !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp_mask))
3495                                 continue;
3496                 /*
3497                  * When allocating a page cache page for writing, we
3498                  * want to get it from a node that is within its dirty
3499                  * limit, such that no single node holds more than its
3500                  * proportional share of globally allowed dirty pages.
3501                  * The dirty limits take into account the node's
3502                  * lowmem reserves and high watermark so that kswapd
3503                  * should be able to balance it without having to
3504                  * write pages from its LRU list.
3505                  *
3506                  * XXX: For now, allow allocations to potentially
3507                  * exceed the per-node dirty limit in the slowpath
3508                  * (spread_dirty_pages unset) before going into reclaim,
3509                  * which is important when on a NUMA setup the allowed
3510                  * nodes are together not big enough to reach the
3511                  * global limit.  The proper fix for these situations
3512                  * will require awareness of nodes in the
3513                  * dirty-throttling and the flusher threads.
3514                  */
3515                 if (ac->spread_dirty_pages) {
3516                         if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
3517                                 last_pgdat = zone->zone_pgdat;
3518                                 last_pgdat_dirty_ok = node_dirty_ok(zone->zone_pgdat);
3519                         }
3520
3521                         if (!last_pgdat_dirty_ok)
3522                                 continue;
3523                 }
3524
3525                 if (no_fallback && nr_online_nodes > 1 &&
3526                     zone != ac->preferred_zoneref->zone) {
3527                         int local_nid;
3528
3529                         /*
3530                          * If moving to a remote node, retry but allow
3531                          * fragmenting fallbacks. Locality is more important
3532                          * than fragmentation avoidance.
3533                          */
3534                         local_nid = zone_to_nid(ac->preferred_zoneref->zone);
3535                         if (zone_to_nid(zone) != local_nid) {
3536                                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3537                                 goto retry;
3538                         }
3539                 }
3540
3541                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK);
3542                 if (!zone_watermark_fast(zone, order, mark,
3543                                        ac->highest_zoneidx, alloc_flags,
3544                                        gfp_mask)) {
3545                         int ret;
3546
3547 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3548                         /*
3549                          * Watermark failed for this zone, but see if we can
3550                          * grow this zone if it contains deferred pages.
3551                          */
3552                         if (deferred_pages_enabled()) {
3553                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3554                                         goto try_this_zone;
3555                         }
3556 #endif
3557                         /* Checked here to keep the fast path fast */
3558                         BUILD_BUG_ON(ALLOC_NO_WATERMARKS < NR_WMARK);
3559                         if (alloc_flags & ALLOC_NO_WATERMARKS)
3560                                 goto try_this_zone;
3561
3562                         if (!node_reclaim_enabled() ||
3563                             !zone_allows_reclaim(ac->preferred_zoneref->zone, zone))
3564                                 continue;
3565
3566                         ret = node_reclaim(zone->zone_pgdat, gfp_mask, order);
3567                         switch (ret) {
3568                         case NODE_RECLAIM_NOSCAN:
3569                                 /* did not scan */
3570                                 continue;
3571                         case NODE_RECLAIM_FULL:
3572                                 /* scanned but unreclaimable */
3573                                 continue;
3574                         default:
3575                                 /* did we reclaim enough */
3576                                 if (zone_watermark_ok(zone, order, mark,
3577                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3578                                         goto try_this_zone;
3579
3580                                 continue;
3581                         }
3582                 }
3583
3584 try_this_zone:
3585                 page = rmqueue(ac->preferred_zoneref->zone, zone, order,
3586                                 gfp_mask, alloc_flags, ac->migratetype);
3587                 if (page) {
3588                         prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3589
3590                         /*
3591                          * If this is a high-order atomic allocation then check
3592                          * if the pageblock should be reserved for the future
3593                          */
3594                         if (unlikely(alloc_flags & ALLOC_HIGHATOMIC))
3595                                 reserve_highatomic_pageblock(page, zone, order);
3596
3597                         return page;
3598                 } else {
3599 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
3600                         /* Try again if zone has deferred pages */
3601                         if (deferred_pages_enabled()) {
3602                                 if (_deferred_grow_zone(zone, order))
3603                                         goto try_this_zone;
3604                         }
3605 #endif
3606                 }
3607         }
3608
3609         /*
3610          * It's possible on a UMA machine to get through all zones that are
3611          * fragmented. If avoiding fragmentation, reset and try again.
3612          */
3613         if (no_fallback) {
3614                 alloc_flags &= ~ALLOC_NOFRAGMENT;
3615                 goto retry;
3616         }
3617
3618         return NULL;
3619 }
3620
3621 static void warn_alloc_show_mem(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask)
3622 {
3623         unsigned int filter = SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3624
3625         /*
3626          * This documents exceptions given to allocations in certain
3627          * contexts that are allowed to allocate outside current's set
3628          * of allowed nodes.
3629          */
3630         if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
3631                 if (tsk_is_oom_victim(current) ||
3632                     (current->flags & (PF_MEMALLOC | PF_EXITING)))
3633                         filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3634         if (!in_task() || !(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3635                 filter &= ~SHOW_MEM_FILTER_NODES;
3636
3637         __show_mem(filter, nodemask, gfp_zone(gfp_mask));
3638 }
3639
3640 void warn_alloc(gfp_t gfp_mask, nodemask_t *nodemask, const char *fmt, ...)
3641 {
3642         struct va_format vaf;
3643         va_list args;
3644         static DEFINE_RATELIMIT_STATE(nopage_rs, 10*HZ, 1);
3645
3646         if ((gfp_mask & __GFP_NOWARN) ||
3647              !__ratelimit(&nopage_rs) ||
3648              ((gfp_mask & __GFP_DMA) && !has_managed_dma()))
3649                 return;
3650
3651         va_start(args, fmt);
3652         vaf.fmt = fmt;
3653         vaf.va = &args;
3654         pr_warn("%s: %pV, mode:%#x(%pGg), nodemask=%*pbl",
3655                         current->comm, &vaf, gfp_mask, &gfp_mask,
3656                         nodemask_pr_args(nodemask));
3657         va_end(args);
3658
3659         cpuset_print_current_mems_allowed();
3660         pr_cont("\n");
3661         dump_stack();
3662         warn_alloc_show_mem(gfp_mask, nodemask);
3663 }
3664
3665 static inline struct page *
3666 __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3667                               unsigned int alloc_flags,
3668                               const struct alloc_context *ac)
3669 {
3670         struct page *page;
3671
3672         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3673                         alloc_flags|ALLOC_CPUSET, ac);
3674         /*
3675          * fallback to ignore cpuset restriction if our nodes
3676          * are depleted
3677          */
3678         if (!page)
3679                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order,
3680                                 alloc_flags, ac);
3681
3682         return page;
3683 }
3684
3685 static inline struct page *
3686 __alloc_pages_may_oom(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3687         const struct alloc_context *ac, unsigned long *did_some_progress)
3688 {
3689         struct oom_control oc = {
3690                 .zonelist = ac->zonelist,
3691                 .nodemask = ac->nodemask,
3692                 .memcg = NULL,
3693                 .gfp_mask = gfp_mask,
3694                 .order = order,
3695         };
3696         struct page *page;
3697
3698         *did_some_progress = 0;
3699
3700         /*
3701          * Acquire the oom lock.  If that fails, somebody else is
3702          * making progress for us.
3703          */
3704         if (!mutex_trylock(&oom_lock)) {
3705                 *did_some_progress = 1;
3706                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
3707                 return NULL;
3708         }
3709
3710         /*
3711          * Go through the zonelist yet one more time, keep very high watermark
3712          * here, this is only to catch a parallel oom killing, we must fail if
3713          * we're still under heavy pressure. But make sure that this reclaim
3714          * attempt shall not depend on __GFP_DIRECT_RECLAIM && !__GFP_NORETRY
3715          * allocation which will never fail due to oom_lock already held.
3716          */
3717         page = get_page_from_freelist((gfp_mask | __GFP_HARDWALL) &
3718                                       ~__GFP_DIRECT_RECLAIM, order,
3719                                       ALLOC_WMARK_HIGH|ALLOC_CPUSET, ac);
3720         if (page)
3721                 goto out;
3722
3723         /* Coredumps can quickly deplete all memory reserves */
3724         if (current->flags & PF_DUMPCORE)
3725                 goto out;
3726         /* The OOM killer will not help higher order allocs */
3727         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3728                 goto out;
3729         /*
3730          * We have already exhausted all our reclaim opportunities without any
3731          * success so it is time to admit defeat. We will skip the OOM killer
3732          * because it is very likely that the caller has a more reasonable
3733          * fallback than shooting a random task.
3734          *
3735          * The OOM killer may not free memory on a specific node.
3736          */
3737         if (gfp_mask & (__GFP_RETRY_MAYFAIL | __GFP_THISNODE))
3738                 goto out;
3739         /* The OOM killer does not needlessly kill tasks for lowmem */
3740         if (ac->highest_zoneidx < ZONE_NORMAL)
3741                 goto out;
3742         if (pm_suspended_storage())
3743                 goto out;
3744         /*
3745          * XXX: GFP_NOFS allocations should rather fail than rely on
3746          * other request to make a forward progress.
3747          * We are in an unfortunate situation where out_of_memory cannot
3748          * do much for this context but let's try it to at least get
3749          * access to memory reserved if the current task is killed (see
3750          * out_of_memory). Once filesystems are ready to handle allocation
3751          * failures more gracefully we should just bail out here.
3752          */
3753
3754         /* Exhausted what can be done so it's blame time */
3755         if (out_of_memory(&oc) ||
3756             WARN_ON_ONCE_GFP(gfp_mask & __GFP_NOFAIL, gfp_mask)) {
3757                 *did_some_progress = 1;
3758
3759                 /*
3760                  * Help non-failing allocations by giving them access to memory
3761                  * reserves
3762                  */
3763                 if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL)
3764                         page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order,
3765                                         ALLOC_NO_WATERMARKS, ac);
3766         }
3767 out:
3768         mutex_unlock(&oom_lock);
3769         return page;
3770 }
3771
3772 /*
3773  * Maximum number of compaction retries with a progress before OOM
3774  * killer is consider as the only way to move forward.
3775  */
3776 #define MAX_COMPACT_RETRIES 16
3777
3778 #ifdef CONFIG_COMPACTION
3779 /* Try memory compaction for high-order allocations before reclaim */
3780 static struct page *
3781 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3782                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3783                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3784 {
3785         struct page *page = NULL;
3786         unsigned long pflags;
3787         unsigned int noreclaim_flag;
3788
3789         if (!order)
3790                 return NULL;
3791
3792         psi_memstall_enter(&pflags);
3793         delayacct_compact_start();
3794         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
3795
3796         *compact_result = try_to_compact_pages(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
3797                                                                 prio, &page);
3798
3799         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
3800         psi_memstall_leave(&pflags);
3801         delayacct_compact_end();
3802
3803         if (*compact_result == COMPACT_SKIPPED)
3804                 return NULL;
3805         /*
3806          * At least in one zone compaction wasn't deferred or skipped, so let's
3807          * count a compaction stall
3808          */
3809         count_vm_event(COMPACTSTALL);
3810
3811         /* Prep a captured page if available */
3812         if (page)
3813                 prep_new_page(page, order, gfp_mask, alloc_flags);
3814
3815         /* Try get a page from the freelist if available */
3816         if (!page)
3817                 page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
3818
3819         if (page) {
3820                 struct zone *zone = page_zone(page);
3821
3822                 zone->compact_blockskip_flush = false;
3823                 compaction_defer_reset(zone, order, true);
3824                 count_vm_event(COMPACTSUCCESS);
3825                 return page;
3826         }
3827
3828         /*
3829          * It's bad if compaction run occurs and fails. The most likely reason
3830          * is that pages exist, but not enough to satisfy watermarks.
3831          */
3832         count_vm_event(COMPACTFAIL);
3833
3834         cond_resched();
3835
3836         return NULL;
3837 }
3838
3839 static inline bool
3840 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, int order, int alloc_flags,
3841                      enum compact_result compact_result,
3842                      enum compact_priority *compact_priority,
3843                      int *compaction_retries)
3844 {
3845         int max_retries = MAX_COMPACT_RETRIES;
3846         int min_priority;
3847         bool ret = false;
3848         int retries = *compaction_retries;
3849         enum compact_priority priority = *compact_priority;
3850
3851         if (!order)
3852                 return false;
3853
3854         if (fatal_signal_pending(current))
3855                 return false;
3856
3857         if (compaction_made_progress(compact_result))
3858                 (*compaction_retries)++;
3859
3860         /*
3861          * compaction considers all the zone as desperately out of memory
3862          * so it doesn't really make much sense to retry except when the
3863          * failure could be caused by insufficient priority
3864          */
3865         if (compaction_failed(compact_result))
3866                 goto check_priority;
3867
3868         /*
3869          * compaction was skipped because there are not enough order-0 pages
3870          * to work with, so we retry only if it looks like reclaim can help.
3871          */
3872         if (compaction_needs_reclaim(compact_result)) {
3873                 ret = compaction_zonelist_suitable(ac, order, alloc_flags);
3874                 goto out;
3875         }
3876
3877         /*
3878          * make sure the compaction wasn't deferred or didn't bail out early
3879          * due to locks contention before we declare that we should give up.
3880          * But the next retry should use a higher priority if allowed, so
3881          * we don't just keep bailing out endlessly.
3882          */
3883         if (compaction_withdrawn(compact_result)) {
3884                 goto check_priority;
3885         }
3886
3887         /*
3888          * !costly requests are much more important than __GFP_RETRY_MAYFAIL
3889          * costly ones because they are de facto nofail and invoke OOM
3890          * killer to move on while costly can fail and users are ready
3891          * to cope with that. 1/4 retries is rather arbitrary but we
3892          * would need much more detailed feedback from compaction to
3893          * make a better decision.
3894          */
3895         if (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3896                 max_retries /= 4;
3897         if (*compaction_retries <= max_retries) {
3898                 ret = true;
3899                 goto out;
3900         }
3901
3902         /*
3903          * Make sure there are attempts at the highest priority if we exhausted
3904          * all retries or failed at the lower priorities.
3905          */
3906 check_priority:
3907         min_priority = (order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER) ?
3908                         MIN_COMPACT_COSTLY_PRIORITY : MIN_COMPACT_PRIORITY;
3909
3910         if (*compact_priority > min_priority) {
3911                 (*compact_priority)--;
3912                 *compaction_retries = 0;
3913                 ret = true;
3914         }
3915 out:
3916         trace_compact_retry(order, priority, compact_result, retries, max_retries, ret);
3917         return ret;
3918 }
3919 #else
3920 static inline struct page *
3921 __alloc_pages_direct_compact(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
3922                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
3923                 enum compact_priority prio, enum compact_result *compact_result)
3924 {
3925         *compact_result = COMPACT_SKIPPED;
3926         return NULL;
3927 }
3928
3929 static inline bool
3930 should_compact_retry(struct alloc_context *ac, unsigned int order, int alloc_flags,
3931                      enum compact_result compact_result,
3932                      enum compact_priority *compact_priority,
3933                      int *compaction_retries)
3934 {
3935         struct zone *zone;
3936         struct zoneref *z;
3937
3938         if (!order || order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
3939                 return false;
3940
3941         /*
3942          * There are setups with compaction disabled which would prefer to loop
3943          * inside the allocator rather than hit the oom killer prematurely.
3944          * Let's give them a good hope and keep retrying while the order-0
3945          * watermarks are OK.
3946          */
3947         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
3948                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
3949                 if (zone_watermark_ok(zone, 0, min_wmark_pages(zone),
3950                                         ac->highest_zoneidx, alloc_flags))
3951                         return true;
3952         }
3953         return false;
3954 }
3955 #endif /* CONFIG_COMPACTION */
3956
3957 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
3958 static struct lockdep_map __fs_reclaim_map =
3959         STATIC_LOCKDEP_MAP_INIT("fs_reclaim", &__fs_reclaim_map);
3960
3961 static bool __need_reclaim(gfp_t gfp_mask)
3962 {
3963         /* no reclaim without waiting on it */
3964         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM))
3965                 return false;
3966
3967         /* this guy won't enter reclaim */
3968         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
3969                 return false;
3970
3971         if (gfp_mask & __GFP_NOLOCKDEP)
3972                 return false;
3973
3974         return true;
3975 }
3976
3977 void __fs_reclaim_acquire(unsigned long ip)
3978 {
3979         lock_acquire_exclusive(&__fs_reclaim_map, 0, 0, NULL, ip);
3980 }
3981
3982 void __fs_reclaim_release(unsigned long ip)
3983 {
3984         lock_release(&__fs_reclaim_map, ip);
3985 }
3986
3987 void fs_reclaim_acquire(gfp_t gfp_mask)
3988 {
3989         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
3990
3991         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
3992                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
3993                         __fs_reclaim_acquire(_RET_IP_);
3994
3995 #ifdef CONFIG_MMU_NOTIFIER
3996                 lock_map_acquire(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3997                 lock_map_release(&__mmu_notifier_invalidate_range_start_map);
3998 #endif
3999
4000         }
4001 }
4002 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_acquire);
4003
4004 void fs_reclaim_release(gfp_t gfp_mask)
4005 {
4006         gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask);
4007
4008         if (__need_reclaim(gfp_mask)) {
4009                 if (gfp_mask & __GFP_FS)
4010                         __fs_reclaim_release(_RET_IP_);
4011         }
4012 }
4013 EXPORT_SYMBOL_GPL(fs_reclaim_release);
4014 #endif
4015
4016 /*
4017  * Zonelists may change due to hotplug during allocation. Detect when zonelists
4018  * have been rebuilt so allocation retries. Reader side does not lock and
4019  * retries the allocation if zonelist changes. Writer side is protected by the
4020  * embedded spin_lock.
4021  */
4022 static DEFINE_SEQLOCK(zonelist_update_seq);
4023
4024 static unsigned int zonelist_iter_begin(void)
4025 {
4026         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4027                 return read_seqbegin(&zonelist_update_seq);
4028
4029         return 0;
4030 }
4031
4032 static unsigned int check_retry_zonelist(unsigned int seq)
4033 {
4034         if (IS_ENABLED(CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE))
4035                 return read_seqretry(&zonelist_update_seq, seq);
4036
4037         return seq;
4038 }
4039
4040 /* Perform direct synchronous page reclaim */
4041 static unsigned long
4042 __perform_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4043                                         const struct alloc_context *ac)
4044 {
4045         unsigned int noreclaim_flag;
4046         unsigned long progress;
4047
4048         cond_resched();
4049
4050         /* We now go into synchronous reclaim */
4051         cpuset_memory_pressure_bump();
4052         fs_reclaim_acquire(gfp_mask);
4053         noreclaim_flag = memalloc_noreclaim_save();
4054
4055         progress = try_to_free_pages(ac->zonelist, order, gfp_mask,
4056                                                                 ac->nodemask);
4057
4058         memalloc_noreclaim_restore(noreclaim_flag);
4059         fs_reclaim_release(gfp_mask);
4060
4061         cond_resched();
4062
4063         return progress;
4064 }
4065
4066 /* The really slow allocator path where we enter direct reclaim */
4067 static inline struct page *
4068 __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4069                 unsigned int alloc_flags, const struct alloc_context *ac,
4070                 unsigned long *did_some_progress)
4071 {
4072         struct page *page = NULL;
4073         unsigned long pflags;
4074         bool drained = false;
4075
4076         psi_memstall_enter(&pflags);
4077         *did_some_progress = __perform_reclaim(gfp_mask, order, ac);
4078         if (unlikely(!(*did_some_progress)))
4079                 goto out;
4080
4081 retry:
4082         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4083
4084         /*
4085          * If an allocation failed after direct reclaim, it could be because
4086          * pages are pinned on the per-cpu lists or in high alloc reserves.
4087          * Shrink them and try again
4088          */
4089         if (!page && !drained) {
4090                 unreserve_highatomic_pageblock(ac, false);
4091                 drain_all_pages(NULL);
4092                 drained = true;
4093                 goto retry;
4094         }
4095 out:
4096         psi_memstall_leave(&pflags);
4097
4098         return page;
4099 }
4100
4101 static void wake_all_kswapds(unsigned int order, gfp_t gfp_mask,
4102                              const struct alloc_context *ac)
4103 {
4104         struct zoneref *z;
4105         struct zone *zone;
4106         pg_data_t *last_pgdat = NULL;
4107         enum zone_type highest_zoneidx = ac->highest_zoneidx;
4108
4109         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist, highest_zoneidx,
4110                                         ac->nodemask) {
4111                 if (!managed_zone(zone))
4112                         continue;
4113                 if (last_pgdat != zone->zone_pgdat) {
4114                         wakeup_kswapd(zone, gfp_mask, order, highest_zoneidx);
4115                         last_pgdat = zone->zone_pgdat;
4116                 }
4117         }
4118 }
4119
4120 static inline unsigned int
4121 gfp_to_alloc_flags(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4122 {
4123         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_MIN | ALLOC_CPUSET;
4124
4125         /*
4126          * __GFP_HIGH is assumed to be the same as ALLOC_MIN_RESERVE
4127          * and __GFP_KSWAPD_RECLAIM is assumed to be the same as ALLOC_KSWAPD
4128          * to save two branches.
4129          */
4130         BUILD_BUG_ON(__GFP_HIGH != (__force gfp_t) ALLOC_MIN_RESERVE);
4131         BUILD_BUG_ON(__GFP_KSWAPD_RECLAIM != (__force gfp_t) ALLOC_KSWAPD);
4132
4133         /*
4134          * The caller may dip into page reserves a bit more if the caller
4135          * cannot run direct reclaim, or if the caller has realtime scheduling
4136          * policy or is asking for __GFP_HIGH memory.  GFP_ATOMIC requests will
4137          * set both ALLOC_NON_BLOCK and ALLOC_MIN_RESERVE(__GFP_HIGH).
4138          */
4139         alloc_flags |= (__force int)
4140                 (gfp_mask & (__GFP_HIGH | __GFP_KSWAPD_RECLAIM));
4141
4142         if (!(gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM)) {
4143                 /*
4144                  * Not worth trying to allocate harder for __GFP_NOMEMALLOC even
4145                  * if it can't schedule.
4146                  */
4147                 if (!(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)) {
4148                         alloc_flags |= ALLOC_NON_BLOCK;
4149
4150                         if (order > 0)
4151                                 alloc_flags |= ALLOC_HIGHATOMIC;
4152                 }
4153
4154                 /*
4155                  * Ignore cpuset mems for non-blocking __GFP_HIGH (probably
4156                  * GFP_ATOMIC) rather than fail, see the comment for
4157                  * __cpuset_node_allowed().
4158                  */
4159                 if (alloc_flags & ALLOC_MIN_RESERVE)
4160                         alloc_flags &= ~ALLOC_CPUSET;
4161         } else if (unlikely(rt_task(current)) && in_task())
4162                 alloc_flags |= ALLOC_MIN_RESERVE;
4163
4164         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, alloc_flags);
4165
4166         return alloc_flags;
4167 }
4168
4169 static bool oom_reserves_allowed(struct task_struct *tsk)
4170 {
4171         if (!tsk_is_oom_victim(tsk))
4172                 return false;
4173
4174         /*
4175          * !MMU doesn't have oom reaper so give access to memory reserves
4176          * only to the thread with TIF_MEMDIE set
4177          */
4178         if (!IS_ENABLED(CONFIG_MMU) && !test_thread_flag(TIF_MEMDIE))
4179                 return false;
4180
4181         return true;
4182 }
4183
4184 /*
4185  * Distinguish requests which really need access to full memory
4186  * reserves from oom victims which can live with a portion of it
4187  */
4188 static inline int __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_t gfp_mask)
4189 {
4190         if (unlikely(gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC))
4191                 return 0;
4192         if (gfp_mask & __GFP_MEMALLOC)
4193                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4194         if (in_serving_softirq() && (current->flags & PF_MEMALLOC))
4195                 return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4196         if (!in_interrupt()) {
4197                 if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4198                         return ALLOC_NO_WATERMARKS;
4199                 else if (oom_reserves_allowed(current))
4200                         return ALLOC_OOM;
4201         }
4202
4203         return 0;
4204 }
4205
4206 bool gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_t gfp_mask)
4207 {
4208         return !!__gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4209 }
4210
4211 /*
4212  * Checks whether it makes sense to retry the reclaim to make a forward progress
4213  * for the given allocation request.
4214  *
4215  * We give up when we either have tried MAX_RECLAIM_RETRIES in a row
4216  * without success, or when we couldn't even meet the watermark if we
4217  * reclaimed all remaining pages on the LRU lists.
4218  *
4219  * Returns true if a retry is viable or false to enter the oom path.
4220  */
4221 static inline bool
4222 should_reclaim_retry(gfp_t gfp_mask, unsigned order,
4223                      struct alloc_context *ac, int alloc_flags,
4224                      bool did_some_progress, int *no_progress_loops)
4225 {
4226         struct zone *zone;
4227         struct zoneref *z;
4228         bool ret = false;
4229
4230         /*
4231          * Costly allocations might have made a progress but this doesn't mean
4232          * their order will become available due to high fragmentation so
4233          * always increment the no progress counter for them
4234          */
4235         if (did_some_progress && order <= PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER)
4236                 *no_progress_loops = 0;
4237         else
4238                 (*no_progress_loops)++;
4239
4240         /*
4241          * Make sure we converge to OOM if we cannot make any progress
4242          * several times in the row.
4243          */
4244         if (*no_progress_loops > MAX_RECLAIM_RETRIES) {
4245                 /* Before OOM, exhaust highatomic_reserve */
4246                 return unreserve_highatomic_pageblock(ac, true);
4247         }
4248
4249         /*
4250          * Keep reclaiming pages while there is a chance this will lead
4251          * somewhere.  If none of the target zones can satisfy our allocation
4252          * request even if all reclaimable pages are considered then we are
4253          * screwed and have to go OOM.
4254          */
4255         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac->zonelist,
4256                                 ac->highest_zoneidx, ac->nodemask) {
4257                 unsigned long available;
4258                 unsigned long reclaimable;
4259                 unsigned long min_wmark = min_wmark_pages(zone);
4260                 bool wmark;
4261
4262                 available = reclaimable = zone_reclaimable_pages(zone);
4263                 available += zone_page_state_snapshot(zone, NR_FREE_PAGES);
4264
4265                 /*
4266                  * Would the allocation succeed if we reclaimed all
4267                  * reclaimable pages?
4268                  */
4269                 wmark = __zone_watermark_ok(zone, order, min_wmark,
4270                                 ac->highest_zoneidx, alloc_flags, available);
4271                 trace_reclaim_retry_zone(z, order, reclaimable,
4272                                 available, min_wmark, *no_progress_loops, wmark);
4273                 if (wmark) {
4274                         ret = true;
4275                         break;
4276                 }
4277         }
4278
4279         /*
4280          * Memory allocation/reclaim might be called from a WQ context and the
4281          * current implementation of the WQ concurrency control doesn't
4282          * recognize that a particular WQ is congested if the worker thread is
4283          * looping without ever sleeping. Therefore we have to do a short sleep
4284          * here rather than calling cond_resched().
4285          */
4286         if (current->flags & PF_WQ_WORKER)
4287                 schedule_timeout_uninterruptible(1);
4288         else
4289                 cond_resched();
4290         return ret;
4291 }
4292
4293 static inline bool
4294 check_retry_cpuset(int cpuset_mems_cookie, struct alloc_context *ac)
4295 {
4296         /*
4297          * It's possible that cpuset's mems_allowed and the nodemask from
4298          * mempolicy don't intersect. This should be normally dealt with by
4299          * policy_nodemask(), but it's possible to race with cpuset update in
4300          * such a way the check therein was true, and then it became false
4301          * before we got our cpuset_mems_cookie here.
4302          * This assumes that for all allocations, ac->nodemask can come only
4303          * from MPOL_BIND mempolicy (whose documented semantics is to be ignored
4304          * when it does not intersect with the cpuset restrictions) or the
4305          * caller can deal with a violated nodemask.
4306          */
4307         if (cpusets_enabled() && ac->nodemask &&
4308                         !cpuset_nodemask_valid_mems_allowed(ac->nodemask)) {
4309                 ac->nodemask = NULL;
4310                 return true;
4311         }
4312
4313         /*
4314          * When updating a task's mems_allowed or mempolicy nodemask, it is
4315          * possible to race with parallel threads in such a way that our
4316          * allocation can fail while the mask is being updated. If we are about
4317          * to fail, check if the cpuset changed during allocation and if so,
4318          * retry.
4319          */
4320         if (read_mems_allowed_retry(cpuset_mems_cookie))
4321                 return true;
4322
4323         return false;
4324 }
4325
4326 static inline struct page *
4327 __alloc_pages_slowpath(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4328                                                 struct alloc_context *ac)
4329 {
4330         bool can_direct_reclaim = gfp_mask & __GFP_DIRECT_RECLAIM;
4331         const bool costly_order = order > PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER;
4332         struct page *page = NULL;
4333         unsigned int alloc_flags;
4334         unsigned long did_some_progress;
4335         enum compact_priority compact_priority;
4336         enum compact_result compact_result;
4337         int compaction_retries;
4338         int no_progress_loops;
4339         unsigned int cpuset_mems_cookie;
4340         unsigned int zonelist_iter_cookie;
4341         int reserve_flags;
4342
4343 restart:
4344         compaction_retries = 0;
4345         no_progress_loops = 0;
4346         compact_priority = DEF_COMPACT_PRIORITY;
4347         cpuset_mems_cookie = read_mems_allowed_begin();
4348         zonelist_iter_cookie = zonelist_iter_begin();
4349
4350         /*
4351          * The fast path uses conservative alloc_flags to succeed only until
4352          * kswapd needs to be woken up, and to avoid the cost of setting up
4353          * alloc_flags precisely. So we do that now.
4354          */
4355         alloc_flags = gfp_to_alloc_flags(gfp_mask, order);
4356
4357         /*
4358          * We need to recalculate the starting point for the zonelist iterator
4359          * because we might have used different nodemask in the fast path, or
4360          * there was a cpuset modification and we are retrying - otherwise we
4361          * could end up iterating over non-eligible zones endlessly.
4362          */
4363         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4364                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4365         if (!ac->preferred_zoneref->zone)
4366                 goto nopage;
4367
4368         /*
4369          * Check for insane configurations where the cpuset doesn't contain
4370          * any suitable zone to satisfy the request - e.g. non-movable
4371          * GFP_HIGHUSER allocations from MOVABLE nodes only.
4372          */
4373         if (cpusets_insane_config() && (gfp_mask & __GFP_HARDWALL)) {
4374                 struct zoneref *z = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4375                                         ac->highest_zoneidx,
4376                                         &cpuset_current_mems_allowed);
4377                 if (!z->zone)
4378                         goto nopage;
4379         }
4380
4381         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4382                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4383
4384         /*
4385          * The adjusted alloc_flags might result in immediate success, so try
4386          * that first
4387          */
4388         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4389         if (page)
4390                 goto got_pg;
4391
4392         /*
4393          * For costly allocations, try direct compaction first, as it's likely
4394          * that we have enough base pages and don't need to reclaim. For non-
4395          * movable high-order allocations, do that as well, as compaction will
4396          * try prevent permanent fragmentation by migrating from blocks of the
4397          * same migratetype.
4398          * Don't try this for allocations that are allowed to ignore
4399          * watermarks, as the ALLOC_NO_WATERMARKS attempt didn't yet happen.
4400          */
4401         if (can_direct_reclaim &&
4402                         (costly_order ||
4403                            (order > 0 && ac->migratetype != MIGRATE_MOVABLE))
4404                         && !gfp_pfmemalloc_allowed(gfp_mask)) {
4405                 page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order,
4406                                                 alloc_flags, ac,
4407                                                 INIT_COMPACT_PRIORITY,
4408                                                 &compact_result);
4409                 if (page)
4410                         goto got_pg;
4411
4412                 /*
4413                  * Checks for costly allocations with __GFP_NORETRY, which
4414                  * includes some THP page fault allocations
4415                  */
4416                 if (costly_order && (gfp_mask & __GFP_NORETRY)) {
4417                         /*
4418                          * If allocating entire pageblock(s) and compaction
4419                          * failed because all zones are below low watermarks
4420                          * or is prohibited because it recently failed at this
4421                          * order, fail immediately unless the allocator has
4422                          * requested compaction and reclaim retry.
4423                          *
4424                          * Reclaim is
4425                          *  - potentially very expensive because zones are far
4426                          *    below their low watermarks or this is part of very
4427                          *    bursty high order allocations,
4428                          *  - not guaranteed to help because isolate_freepages()
4429                          *    may not iterate over freed pages as part of its
4430                          *    linear scan, and
4431                          *  - unlikely to make entire pageblocks free on its
4432                          *    own.
4433                          */
4434                         if (compact_result == COMPACT_SKIPPED ||
4435                             compact_result == COMPACT_DEFERRED)
4436                                 goto nopage;
4437
4438                         /*
4439                          * Looks like reclaim/compaction is worth trying, but
4440                          * sync compaction could be very expensive, so keep
4441                          * using async compaction.
4442                          */
4443                         compact_priority = INIT_COMPACT_PRIORITY;
4444                 }
4445         }
4446
4447 retry:
4448         /* Ensure kswapd doesn't accidentally go to sleep as long as we loop */
4449         if (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD)
4450                 wake_all_kswapds(order, gfp_mask, ac);
4451
4452         reserve_flags = __gfp_pfmemalloc_flags(gfp_mask);
4453         if (reserve_flags)
4454                 alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, reserve_flags) |
4455                                           (alloc_flags & ALLOC_KSWAPD);
4456
4457         /*
4458          * Reset the nodemask and zonelist iterators if memory policies can be
4459          * ignored. These allocations are high priority and system rather than
4460          * user oriented.
4461          */
4462         if (!(alloc_flags & ALLOC_CPUSET) || reserve_flags) {
4463                 ac->nodemask = NULL;
4464                 ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4465                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4466         }
4467
4468         /* Attempt with potentially adjusted zonelist and alloc_flags */
4469         page = get_page_from_freelist(gfp_mask, order, alloc_flags, ac);
4470         if (page)
4471                 goto got_pg;
4472
4473         /* Caller is not willing to reclaim, we can't balance anything */
4474         if (!can_direct_reclaim)
4475                 goto nopage;
4476
4477         /* Avoid recursion of direct reclaim */
4478         if (current->flags & PF_MEMALLOC)
4479                 goto nopage;
4480
4481         /* Try direct reclaim and then allocating */
4482         page = __alloc_pages_direct_reclaim(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4483                                                         &did_some_progress);
4484         if (page)
4485                 goto got_pg;
4486
4487         /* Try direct compaction and then allocating */
4488         page = __alloc_pages_direct_compact(gfp_mask, order, alloc_flags, ac,
4489                                         compact_priority, &compact_result);
4490         if (page)
4491                 goto got_pg;
4492
4493         /* Do not loop if specifically requested */
4494         if (gfp_mask & __GFP_NORETRY)
4495                 goto nopage;
4496
4497         /*
4498          * Do not retry costly high order allocations unless they are
4499          * __GFP_RETRY_MAYFAIL
4500          */
4501         if (costly_order && !(gfp_mask & __GFP_RETRY_MAYFAIL))
4502                 goto nopage;
4503
4504         if (should_reclaim_retry(gfp_mask, order, ac, alloc_flags,
4505                                  did_some_progress > 0, &no_progress_loops))
4506                 goto retry;
4507
4508         /*
4509          * It doesn't make any sense to retry for the compaction if the order-0
4510          * reclaim is not able to make any progress because the current
4511          * implementation of the compaction depends on the sufficient amount
4512          * of free memory (see __compaction_suitable)
4513          */
4514         if (did_some_progress > 0 &&
4515                         should_compact_retry(ac, order, alloc_flags,
4516                                 compact_result, &compact_priority,
4517                                 &compaction_retries))
4518                 goto retry;
4519
4520
4521         /*
4522          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4523          * a unnecessary OOM kill.
4524          */
4525         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4526             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4527                 goto restart;
4528
4529         /* Reclaim has failed us, start killing things */
4530         page = __alloc_pages_may_oom(gfp_mask, order, ac, &did_some_progress);
4531         if (page)
4532                 goto got_pg;
4533
4534         /* Avoid allocations with no watermarks from looping endlessly */
4535         if (tsk_is_oom_victim(current) &&
4536             (alloc_flags & ALLOC_OOM ||
4537              (gfp_mask & __GFP_NOMEMALLOC)))
4538                 goto nopage;
4539
4540         /* Retry as long as the OOM killer is making progress */
4541         if (did_some_progress) {
4542                 no_progress_loops = 0;
4543                 goto retry;
4544         }
4545
4546 nopage:
4547         /*
4548          * Deal with possible cpuset update races or zonelist updates to avoid
4549          * a unnecessary OOM kill.
4550          */
4551         if (check_retry_cpuset(cpuset_mems_cookie, ac) ||
4552             check_retry_zonelist(zonelist_iter_cookie))
4553                 goto restart;
4554
4555         /*
4556          * Make sure that __GFP_NOFAIL request doesn't leak out and make sure
4557          * we always retry
4558          */
4559         if (gfp_mask & __GFP_NOFAIL) {
4560                 /*
4561                  * All existing users of the __GFP_NOFAIL are blockable, so warn
4562                  * of any new users that actually require GFP_NOWAIT
4563                  */
4564                 if (WARN_ON_ONCE_GFP(!can_direct_reclaim, gfp_mask))
4565                         goto fail;
4566
4567                 /*
4568                  * PF_MEMALLOC request from this context is rather bizarre
4569                  * because we cannot reclaim anything and only can loop waiting
4570                  * for somebody to do a work for us
4571                  */
4572                 WARN_ON_ONCE_GFP(current->flags & PF_MEMALLOC, gfp_mask);
4573
4574                 /*
4575                  * non failing costly orders are a hard requirement which we
4576                  * are not prepared for much so let's warn about these users
4577                  * so that we can identify them and convert them to something
4578                  * else.
4579                  */
4580                 WARN_ON_ONCE_GFP(costly_order, gfp_mask);
4581
4582                 /*
4583                  * Help non-failing allocations by giving some access to memory
4584                  * reserves normally used for high priority non-blocking
4585                  * allocations but do not use ALLOC_NO_WATERMARKS because this
4586                  * could deplete whole memory reserves which would just make
4587                  * the situation worse.
4588                  */
4589                 page = __alloc_pages_cpuset_fallback(gfp_mask, order, ALLOC_MIN_RESERVE, ac);
4590                 if (page)
4591                         goto got_pg;
4592
4593                 cond_resched();
4594                 goto retry;
4595         }
4596 fail:
4597         warn_alloc(gfp_mask, ac->nodemask,
4598                         "page allocation failure: order:%u", order);
4599 got_pg:
4600         return page;
4601 }
4602
4603 static inline bool prepare_alloc_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order,
4604                 int preferred_nid, nodemask_t *nodemask,
4605                 struct alloc_context *ac, gfp_t *alloc_gfp,
4606                 unsigned int *alloc_flags)
4607 {
4608         ac->highest_zoneidx = gfp_zone(gfp_mask);
4609         ac->zonelist = node_zonelist(preferred_nid, gfp_mask);
4610         ac->nodemask = nodemask;
4611         ac->migratetype = gfp_migratetype(gfp_mask);
4612
4613         if (cpusets_enabled()) {
4614                 *alloc_gfp |= __GFP_HARDWALL;
4615                 /*
4616                  * When we are in the interrupt context, it is irrelevant
4617                  * to the current task context. It means that any node ok.
4618                  */
4619                 if (in_task() && !ac->nodemask)
4620                         ac->nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
4621                 else
4622                         *alloc_flags |= ALLOC_CPUSET;
4623         }
4624
4625         might_alloc(gfp_mask);
4626
4627         if (should_fail_alloc_page(gfp_mask, order))
4628                 return false;
4629
4630         *alloc_flags = gfp_to_alloc_flags_cma(gfp_mask, *alloc_flags);
4631
4632         /* Dirty zone balancing only done in the fast path */
4633         ac->spread_dirty_pages = (gfp_mask & __GFP_WRITE);
4634
4635         /*
4636          * The preferred zone is used for statistics but crucially it is
4637          * also used as the starting point for the zonelist iterator. It
4638          * may get reset for allocations that ignore memory policies.
4639          */
4640         ac->preferred_zoneref = first_zones_zonelist(ac->zonelist,
4641                                         ac->highest_zoneidx, ac->nodemask);
4642
4643         return true;
4644 }
4645
4646 /*
4647  * __alloc_pages_bulk - Allocate a number of order-0 pages to a list or array
4648  * @gfp: GFP flags for the allocation
4649  * @preferred_nid: The preferred NUMA node ID to allocate from
4650  * @nodemask: Set of nodes to allocate from, may be NULL
4651  * @nr_pages: The number of pages desired on the list or array
4652  * @page_list: Optional list to store the allocated pages
4653  * @page_array: Optional array to store the pages
4654  *
4655  * This is a batched version of the page allocator that attempts to
4656  * allocate nr_pages quickly. Pages are added to page_list if page_list
4657  * is not NULL, otherwise it is assumed that the page_array is valid.
4658  *
4659  * For lists, nr_pages is the number of pages that should be allocated.
4660  *
4661  * For arrays, only NULL elements are populated with pages and nr_pages
4662  * is the maximum number of pages that will be stored in the array.
4663  *
4664  * Returns the number of pages on the list or array.
4665  */
4666 unsigned long __alloc_pages_bulk(gfp_t gfp, int preferred_nid,
4667                         nodemask_t *nodemask, int nr_pages,
4668                         struct list_head *page_list,
4669                         struct page **page_array)
4670 {
4671         struct page *page;
4672         unsigned long __maybe_unused UP_flags;
4673         struct zone *zone;
4674         struct zoneref *z;
4675         struct per_cpu_pages *pcp;
4676         struct list_head *pcp_list;
4677         struct alloc_context ac;
4678         gfp_t alloc_gfp;
4679         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4680         int nr_populated = 0, nr_account = 0;
4681
4682         /*
4683          * Skip populated array elements to determine if any pages need
4684          * to be allocated before disabling IRQs.
4685          */
4686         while (page_array && nr_populated < nr_pages && page_array[nr_populated])
4687                 nr_populated++;
4688
4689         /* No pages requested? */
4690         if (unlikely(nr_pages <= 0))
4691                 goto out;
4692
4693         /* Already populated array? */
4694         if (unlikely(page_array && nr_pages - nr_populated == 0))
4695                 goto out;
4696
4697         /* Bulk allocator does not support memcg accounting. */
4698         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT))
4699                 goto failed;
4700
4701         /* Use the single page allocator for one page. */
4702         if (nr_pages - nr_populated == 1)
4703                 goto failed;
4704
4705 #ifdef CONFIG_PAGE_OWNER
4706         /*
4707          * PAGE_OWNER may recurse into the allocator to allocate space to
4708          * save the stack with pagesets.lock held. Releasing/reacquiring
4709          * removes much of the performance benefit of bulk allocation so
4710          * force the caller to allocate one page at a time as it'll have
4711          * similar performance to added complexity to the bulk allocator.
4712          */
4713         if (static_branch_unlikely(&page_owner_inited))
4714                 goto failed;
4715 #endif
4716
4717         /* May set ALLOC_NOFRAGMENT, fragmentation will return 1 page. */
4718         gfp &= gfp_allowed_mask;
4719         alloc_gfp = gfp;
4720         if (!prepare_alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask, &ac, &alloc_gfp, &alloc_flags))
4721                 goto out;
4722         gfp = alloc_gfp;
4723
4724         /* Find an allowed local zone that meets the low watermark. */
4725         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, ac.zonelist, ac.highest_zoneidx, ac.nodemask) {
4726                 unsigned long mark;
4727
4728                 if (cpusets_enabled() && (alloc_flags & ALLOC_CPUSET) &&
4729                     !__cpuset_zone_allowed(zone, gfp)) {
4730                         continue;
4731                 }
4732
4733                 if (nr_online_nodes > 1 && zone != ac.preferred_zoneref->zone &&
4734                     zone_to_nid(zone) != zone_to_nid(ac.preferred_zoneref->zone)) {
4735                         goto failed;
4736                 }
4737
4738                 mark = wmark_pages(zone, alloc_flags & ALLOC_WMARK_MASK) + nr_pages;
4739                 if (zone_watermark_fast(zone, 0,  mark,
4740                                 zonelist_zone_idx(ac.preferred_zoneref),
4741                                 alloc_flags, gfp)) {
4742                         break;
4743                 }
4744         }
4745
4746         /*
4747          * If there are no allowed local zones that meets the watermarks then
4748          * try to allocate a single page and reclaim if necessary.
4749          */
4750         if (unlikely(!zone))
4751                 goto failed;
4752
4753         /* spin_trylock may fail due to a parallel drain or IRQ reentrancy. */
4754         pcp_trylock_prepare(UP_flags);
4755         pcp = pcp_spin_trylock(zone->per_cpu_pageset);
4756         if (!pcp)
4757                 goto failed_irq;
4758
4759         /* Attempt the batch allocation */
4760         pcp_list = &pcp->lists[order_to_pindex(ac.migratetype, 0)];
4761         while (nr_populated < nr_pages) {
4762
4763                 /* Skip existing pages */
4764                 if (page_array && page_array[nr_populated]) {
4765                         nr_populated++;
4766                         continue;
4767                 }
4768
4769                 page = __rmqueue_pcplist(zone, 0, ac.migratetype, alloc_flags,
4770                                                                 pcp, pcp_list);
4771                 if (unlikely(!page)) {
4772                         /* Try and allocate at least one page */
4773                         if (!nr_account) {
4774                                 pcp_spin_unlock(pcp);
4775                                 goto failed_irq;
4776                         }
4777                         break;
4778                 }
4779                 nr_account++;
4780
4781                 prep_new_page(page, 0, gfp, 0);
4782                 if (page_list)
4783                         list_add(&page->lru, page_list);
4784                 else
4785                         page_array[nr_populated] = page;
4786                 nr_populated++;
4787         }
4788
4789         pcp_spin_unlock(pcp);
4790         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4791
4792         __count_zid_vm_events(PGALLOC, zone_idx(zone), nr_account);
4793         zone_statistics(ac.preferred_zoneref->zone, zone, nr_account);
4794
4795 out:
4796         return nr_populated;
4797
4798 failed_irq:
4799         pcp_trylock_finish(UP_flags);
4800
4801 failed:
4802         page = __alloc_pages(gfp, 0, preferred_nid, nodemask);
4803         if (page) {
4804                 if (page_list)
4805                         list_add(&page->lru, page_list);
4806                 else
4807                         page_array[nr_populated] = page;
4808                 nr_populated++;
4809         }
4810
4811         goto out;
4812 }
4813 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_pages_bulk);
4814
4815 /*
4816  * This is the 'heart' of the zoned buddy allocator.
4817  */
4818 struct page *__alloc_pages(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4819                                                         nodemask_t *nodemask)
4820 {
4821         struct page *page;
4822         unsigned int alloc_flags = ALLOC_WMARK_LOW;
4823         gfp_t alloc_gfp; /* The gfp_t that was actually used for allocation */
4824         struct alloc_context ac = { };
4825
4826         /*
4827          * There are several places where we assume that the order value is sane
4828          * so bail out early if the request is out of bound.
4829          */
4830         if (WARN_ON_ONCE_GFP(order > MAX_ORDER, gfp))
4831                 return NULL;
4832
4833         gfp &= gfp_allowed_mask;
4834         /*
4835          * Apply scoped allocation constraints. This is mainly about GFP_NOFS
4836          * resp. GFP_NOIO which has to be inherited for all allocation requests
4837          * from a particular context which has been marked by
4838          * memalloc_no{fs,io}_{save,restore}. And PF_MEMALLOC_PIN which ensures
4839          * movable zones are not used during allocation.
4840          */
4841         gfp = current_gfp_context(gfp);
4842         alloc_gfp = gfp;
4843         if (!prepare_alloc_pages(gfp, order, preferred_nid, nodemask, &ac,
4844                         &alloc_gfp, &alloc_flags))
4845                 return NULL;
4846
4847         /*
4848          * Forbid the first pass from falling back to types that fragment
4849          * memory until all local zones are considered.
4850          */
4851         alloc_flags |= alloc_flags_nofragment(ac.preferred_zoneref->zone, gfp);
4852
4853         /* First allocation attempt */
4854         page = get_page_from_freelist(alloc_gfp, order, alloc_flags, &ac);
4855         if (likely(page))
4856                 goto out;
4857
4858         alloc_gfp = gfp;
4859         ac.spread_dirty_pages = false;
4860
4861         /*
4862          * Restore the original nodemask if it was potentially replaced with
4863          * &cpuset_current_mems_allowed to optimize the fast-path attempt.
4864          */
4865         ac.nodemask = nodemask;
4866
4867         page = __alloc_pages_slowpath(alloc_gfp, order, &ac);
4868
4869 out:
4870         if (memcg_kmem_online() && (gfp & __GFP_ACCOUNT) && page &&
4871             unlikely(__memcg_kmem_charge_page(page, gfp, order) != 0)) {
4872                 __free_pages(page, order);
4873                 page = NULL;
4874         }
4875
4876         trace_mm_page_alloc(page, order, alloc_gfp, ac.migratetype);
4877         kmsan_alloc_page(page, order, alloc_gfp);
4878
4879         return page;
4880 }
4881 EXPORT_SYMBOL(__alloc_pages);
4882
4883 struct folio *__folio_alloc(gfp_t gfp, unsigned int order, int preferred_nid,
4884                 nodemask_t *nodemask)
4885 {
4886         struct page *page = __alloc_pages(gfp | __GFP_COMP, order,
4887                         preferred_nid, nodemask);
4888
4889         if (page && order > 1)
4890                 prep_transhuge_page(page);
4891         return (struct folio *)page;
4892 }
4893 EXPORT_SYMBOL(__folio_alloc);
4894
4895 /*
4896  * Common helper functions. Never use with __GFP_HIGHMEM because the returned
4897  * address cannot represent highmem pages. Use alloc_pages and then kmap if
4898  * you need to access high mem.
4899  */
4900 unsigned long __get_free_pages(gfp_t gfp_mask, unsigned int order)
4901 {
4902         struct page *page;
4903
4904         page = alloc_pages(gfp_mask & ~__GFP_HIGHMEM, order);
4905         if (!page)
4906                 return 0;
4907         return (unsigned long) page_address(page);
4908 }
4909 EXPORT_SYMBOL(__get_free_pages);
4910
4911 unsigned long get_zeroed_page(gfp_t gfp_mask)
4912 {
4913         return __get_free_page(gfp_mask | __GFP_ZERO);
4914 }
4915 EXPORT_SYMBOL(get_zeroed_page);
4916
4917 /**
4918  * __free_pages - Free pages allocated with alloc_pages().
4919  * @page: The page pointer returned from alloc_pages().
4920  * @order: The order of the allocation.
4921  *
4922  * This function can free multi-page allocations that are not compound
4923  * pages.  It does not check that the @order passed in matches that of
4924  * the allocation, so it is easy to leak memory.  Freeing more memory
4925  * than was allocated will probably emit a warning.
4926  *
4927  * If the last reference to this page is speculative, it will be released
4928  * by put_page() which only frees the first page of a non-compound
4929  * allocation.  To prevent the remaining pages from being leaked, we free
4930  * the subsequent pages here.  If you want to use the page's reference
4931  * count to decide when to free the allocation, you should allocate a
4932  * compound page, and use put_page() instead of __free_pages().
4933  *
4934  * Context: May be called in interrupt context or while holding a normal
4935  * spinlock, but not in NMI context or while holding a raw spinlock.
4936  */
4937 void __free_pages(struct page *page, unsigned int order)
4938 {
4939         /* get PageHead before we drop reference */
4940         int head = PageHead(page);
4941
4942         if (put_page_testzero(page))
4943                 free_the_page(page, order);
4944         else if (!head)
4945                 while (order-- > 0)
4946                         free_the_page(page + (1 << order), order);
4947 }
4948 EXPORT_SYMBOL(__free_pages);
4949
4950 void free_pages(unsigned long addr, unsigned int order)
4951 {
4952         if (addr != 0) {
4953                 VM_BUG_ON(!virt_addr_valid((void *)addr));
4954                 __free_pages(virt_to_page((void *)addr), order);
4955         }
4956 }
4957
4958 EXPORT_SYMBOL(free_pages);
4959
4960 /*
4961  * Page Fragment:
4962  *  An arbitrary-length arbitrary-offset area of memory which resides
4963  *  within a 0 or higher order page.  Multiple fragments within that page
4964  *  are individually refcounted, in the page's reference counter.
4965  *
4966  * The page_frag functions below provide a simple allocation framework for
4967  * page fragments.  This is used by the network stack and network device
4968  * drivers to provide a backing region of memory for use as either an
4969  * sk_buff->head, or to be used in the "frags" portion of skb_shared_info.
4970  */
4971 static struct page *__page_frag_cache_refill(struct page_frag_cache *nc,
4972                                              gfp_t gfp_mask)
4973 {
4974         struct page *page = NULL;
4975         gfp_t gfp = gfp_mask;
4976
4977 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
4978         gfp_mask |= __GFP_COMP | __GFP_NOWARN | __GFP_NORETRY |
4979                     __GFP_NOMEMALLOC;
4980         page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp_mask,
4981                                 PAGE_FRAG_CACHE_MAX_ORDER);
4982         nc->size = page ? PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE : PAGE_SIZE;
4983 #endif
4984         if (unlikely(!page))
4985                 page = alloc_pages_node(NUMA_NO_NODE, gfp, 0);
4986
4987         nc->va = page ? page_address(page) : NULL;
4988
4989         return page;
4990 }
4991
4992 void __page_frag_cache_drain(struct page *page, unsigned int count)
4993 {
4994         VM_BUG_ON_PAGE(page_ref_count(page) == 0, page);
4995
4996         if (page_ref_sub_and_test(page, count))
4997                 free_the_page(page, compound_order(page));
4998 }
4999 EXPORT_SYMBOL(__page_frag_cache_drain);
5000
5001 void *page_frag_alloc_align(struct page_frag_cache *nc,
5002                       unsigned int fragsz, gfp_t gfp_mask,
5003                       unsigned int align_mask)
5004 {
5005         unsigned int size = PAGE_SIZE;
5006         struct page *page;
5007         int offset;
5008
5009         if (unlikely(!nc->va)) {
5010 refill:
5011                 page = __page_frag_cache_refill(nc, gfp_mask);
5012                 if (!page)
5013                         return NULL;
5014
5015 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5016                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5017                 size = nc->size;
5018 #endif
5019                 /* Even if we own the page, we do not use atomic_set().
5020                  * This would break get_page_unless_zero() users.
5021                  */
5022                 page_ref_add(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE);
5023
5024                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5025                 nc->pfmemalloc = page_is_pfmemalloc(page);
5026                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5027                 nc->offset = size;
5028         }
5029
5030         offset = nc->offset - fragsz;
5031         if (unlikely(offset < 0)) {
5032                 page = virt_to_page(nc->va);
5033
5034                 if (!page_ref_sub_and_test(page, nc->pagecnt_bias))
5035                         goto refill;
5036
5037                 if (unlikely(nc->pfmemalloc)) {
5038                         free_the_page(page, compound_order(page));
5039                         goto refill;
5040                 }
5041
5042 #if (PAGE_SIZE < PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE)
5043                 /* if size can vary use size else just use PAGE_SIZE */
5044                 size = nc->size;
5045 #endif
5046                 /* OK, page count is 0, we can safely set it */
5047                 set_page_count(page, PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1);
5048
5049                 /* reset page count bias and offset to start of new frag */
5050                 nc->pagecnt_bias = PAGE_FRAG_CACHE_MAX_SIZE + 1;
5051                 offset = size - fragsz;
5052                 if (unlikely(offset < 0)) {
5053                         /*
5054                          * The caller is trying to allocate a fragment
5055                          * with fragsz > PAGE_SIZE but the cache isn't big
5056                          * enough to satisfy the request, this may
5057                          * happen in low memory conditions.
5058                          * We don't release the cache page because
5059                          * it could make memory pressure worse
5060                          * so we simply return NULL here.
5061                          */
5062                         return NULL;
5063                 }
5064         }
5065
5066         nc->pagecnt_bias--;
5067         offset &= align_mask;
5068         nc->offset = offset;
5069
5070         return nc->va + offset;
5071 }
5072 EXPORT_SYMBOL(page_frag_alloc_align);
5073
5074 /*
5075  * Frees a page fragment allocated out of either a compound or order 0 page.
5076  */
5077 void page_frag_free(void *addr)
5078 {
5079         struct page *page = virt_to_head_page(addr);
5080
5081         if (unlikely(put_page_testzero(page)))
5082                 free_the_page(page, compound_order(page));
5083 }
5084 EXPORT_SYMBOL(page_frag_free);
5085
5086 static void *make_alloc_exact(unsigned long addr, unsigned int order,
5087                 size_t size)
5088 {
5089         if (addr) {
5090                 unsigned long nr = DIV_ROUND_UP(size, PAGE_SIZE);
5091                 struct page *page = virt_to_page((void *)addr);
5092                 struct page *last = page + nr;
5093
5094                 split_page_owner(page, 1 << order);
5095                 split_page_memcg(page, 1 << order);
5096                 while (page < --last)
5097                         set_page_refcounted(last);
5098
5099                 last = page + (1UL << order);
5100                 for (page += nr; page < last; page++)
5101                         __free_pages_ok(page, 0, FPI_TO_TAIL);
5102         }
5103         return (void *)addr;
5104 }
5105
5106 /**
5107  * alloc_pages_exact - allocate an exact number physically-contiguous pages.
5108  * @size: the number of bytes to allocate
5109  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5110  *
5111  * This function is similar to alloc_pages(), except that it allocates the
5112  * minimum number of pages to satisfy the request.  alloc_pages() can only
5113  * allocate memory in power-of-two pages.
5114  *
5115  * This function is also limited by MAX_ORDER.
5116  *
5117  * Memory allocated by this function must be released by free_pages_exact().
5118  *
5119  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5120  */
5121 void *alloc_pages_exact(size_t size, gfp_t gfp_mask)
5122 {
5123         unsigned int order = get_order(size);
5124         unsigned long addr;
5125
5126         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5127                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5128
5129         addr = __get_free_pages(gfp_mask, order);
5130         return make_alloc_exact(addr, order, size);
5131 }
5132 EXPORT_SYMBOL(alloc_pages_exact);
5133
5134 /**
5135  * alloc_pages_exact_nid - allocate an exact number of physically-contiguous
5136  *                         pages on a node.
5137  * @nid: the preferred node ID where memory should be allocated
5138  * @size: the number of bytes to allocate
5139  * @gfp_mask: GFP flags for the allocation, must not contain __GFP_COMP
5140  *
5141  * Like alloc_pages_exact(), but try to allocate on node nid first before falling
5142  * back.
5143  *
5144  * Return: pointer to the allocated area or %NULL in case of error.
5145  */
5146 void * __meminit alloc_pages_exact_nid(int nid, size_t size, gfp_t gfp_mask)
5147 {
5148         unsigned int order = get_order(size);
5149         struct page *p;
5150
5151         if (WARN_ON_ONCE(gfp_mask & (__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM)))
5152                 gfp_mask &= ~(__GFP_COMP | __GFP_HIGHMEM);
5153
5154         p = alloc_pages_node(nid, gfp_mask, order);
5155         if (!p)
5156                 return NULL;
5157         return make_alloc_exact((unsigned long)page_address(p), order, size);
5158 }
5159
5160 /**
5161  * free_pages_exact - release memory allocated via alloc_pages_exact()
5162  * @virt: the value returned by alloc_pages_exact.
5163  * @size: size of allocation, same value as passed to alloc_pages_exact().
5164  *
5165  * Release the memory allocated by a previous call to alloc_pages_exact.
5166  */
5167 void free_pages_exact(void *virt, size_t size)
5168 {
5169         unsigned long addr = (unsigned long)virt;
5170         unsigned long end = addr + PAGE_ALIGN(size);
5171
5172         while (addr < end) {
5173                 free_page(addr);
5174                 addr += PAGE_SIZE;
5175         }
5176 }
5177 EXPORT_SYMBOL(free_pages_exact);
5178
5179 /**
5180  * nr_free_zone_pages - count number of pages beyond high watermark
5181  * @offset: The zone index of the highest zone
5182  *
5183  * nr_free_zone_pages() counts the number of pages which are beyond the
5184  * high watermark within all zones at or below a given zone index.  For each
5185  * zone, the number of pages is calculated as:
5186  *
5187  *     nr_free_zone_pages = managed_pages - high_pages
5188  *
5189  * Return: number of pages beyond high watermark.
5190  */
5191 static unsigned long nr_free_zone_pages(int offset)
5192 {
5193         struct zoneref *z;
5194         struct zone *zone;
5195
5196         /* Just pick one node, since fallback list is circular */
5197         unsigned long sum = 0;
5198
5199         struct zonelist *zonelist = node_zonelist(numa_node_id(), GFP_KERNEL);
5200
5201         for_each_zone_zonelist(zone, z, zonelist, offset) {
5202                 unsigned long size = zone_managed_pages(zone);
5203                 unsigned long high = high_wmark_pages(zone);
5204                 if (size > high)
5205                         sum += size - high;
5206         }
5207
5208         return sum;
5209 }
5210
5211 /**
5212  * nr_free_buffer_pages - count number of pages beyond high watermark
5213  *
5214  * nr_free_buffer_pages() counts the number of pages which are beyond the high
5215  * watermark within ZONE_DMA and ZONE_NORMAL.
5216  *
5217  * Return: number of pages beyond high watermark within ZONE_DMA and
5218  * ZONE_NORMAL.
5219  */
5220 unsigned long nr_free_buffer_pages(void)
5221 {
5222         return nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_USER));
5223 }
5224 EXPORT_SYMBOL_GPL(nr_free_buffer_pages);
5225
5226 static inline void show_node(struct zone *zone)
5227 {
5228         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
5229                 printk("Node %d ", zone_to_nid(zone));
5230 }
5231
5232 long si_mem_available(void)
5233 {
5234         long available;
5235         unsigned long pagecache;
5236         unsigned long wmark_low = 0;
5237         unsigned long pages[NR_LRU_LISTS];
5238         unsigned long reclaimable;
5239         struct zone *zone;
5240         int lru;
5241
5242         for (lru = LRU_BASE; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
5243                 pages[lru] = global_node_page_state(NR_LRU_BASE + lru);
5244
5245         for_each_zone(zone)
5246                 wmark_low += low_wmark_pages(zone);
5247
5248         /*
5249          * Estimate the amount of memory available for userspace allocations,
5250          * without causing swapping or OOM.
5251          */
5252         available = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES) - totalreserve_pages;
5253
5254         /*
5255          * Not all the page cache can be freed, otherwise the system will
5256          * start swapping or thrashing. Assume at least half of the page
5257          * cache, or the low watermark worth of cache, needs to stay.
5258          */
5259         pagecache = pages[LRU_ACTIVE_FILE] + pages[LRU_INACTIVE_FILE];
5260         pagecache -= min(pagecache / 2, wmark_low);
5261         available += pagecache;
5262
5263         /*
5264          * Part of the reclaimable slab and other kernel memory consists of
5265          * items that are in use, and cannot be freed. Cap this estimate at the
5266          * low watermark.
5267          */
5268         reclaimable = global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B) +
5269                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE);
5270         available += reclaimable - min(reclaimable / 2, wmark_low);
5271
5272         if (available < 0)
5273                 available = 0;
5274         return available;
5275 }
5276 EXPORT_SYMBOL_GPL(si_mem_available);
5277
5278 void si_meminfo(struct sysinfo *val)
5279 {
5280         val->totalram = totalram_pages();
5281         val->sharedram = global_node_page_state(NR_SHMEM);
5282         val->freeram = global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES);
5283         val->bufferram = nr_blockdev_pages();
5284         val->totalhigh = totalhigh_pages();
5285         val->freehigh = nr_free_highpages();
5286         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5287 }
5288
5289 EXPORT_SYMBOL(si_meminfo);
5290
5291 #ifdef CONFIG_NUMA
5292 void si_meminfo_node(struct sysinfo *val, int nid)
5293 {
5294         int zone_type;          /* needs to be signed */
5295         unsigned long managed_pages = 0;
5296         unsigned long managed_highpages = 0;
5297         unsigned long free_highpages = 0;
5298         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5299
5300         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++)
5301                 managed_pages += zone_managed_pages(&pgdat->node_zones[zone_type]);
5302         val->totalram = managed_pages;
5303         val->sharedram = node_page_state(pgdat, NR_SHMEM);
5304         val->freeram = sum_zone_node_page_state(nid, NR_FREE_PAGES);
5305 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
5306         for (zone_type = 0; zone_type < MAX_NR_ZONES; zone_type++) {
5307                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[zone_type];
5308
5309                 if (is_highmem(zone)) {
5310                         managed_highpages += zone_managed_pages(zone);
5311                         free_highpages += zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES);
5312                 }
5313         }
5314         val->totalhigh = managed_highpages;
5315         val->freehigh = free_highpages;
5316 #else
5317         val->totalhigh = managed_highpages;
5318         val->freehigh = free_highpages;
5319 #endif
5320         val->mem_unit = PAGE_SIZE;
5321 }
5322 #endif
5323
5324 /*
5325  * Determine whether the node should be displayed or not, depending on whether
5326  * SHOW_MEM_FILTER_NODES was passed to show_free_areas().
5327  */
5328 static bool show_mem_node_skip(unsigned int flags, int nid, nodemask_t *nodemask)
5329 {
5330         if (!(flags & SHOW_MEM_FILTER_NODES))
5331                 return false;
5332
5333         /*
5334          * no node mask - aka implicit memory numa policy. Do not bother with
5335          * the synchronization - read_mems_allowed_begin - because we do not
5336          * have to be precise here.
5337          */
5338         if (!nodemask)
5339                 nodemask = &cpuset_current_mems_allowed;
5340
5341         return !node_isset(nid, *nodemask);
5342 }
5343
5344 #define K(x) ((x) << (PAGE_SHIFT-10))
5345
5346 static void show_migration_types(unsigned char type)
5347 {
5348         static const char types[MIGRATE_TYPES] = {
5349                 [MIGRATE_UNMOVABLE]     = 'U',
5350                 [MIGRATE_MOVABLE]       = 'M',
5351                 [MIGRATE_RECLAIMABLE]   = 'E',
5352                 [MIGRATE_HIGHATOMIC]    = 'H',
5353 #ifdef CONFIG_CMA
5354                 [MIGRATE_CMA]           = 'C',
5355 #endif
5356 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
5357                 [MIGRATE_ISOLATE]       = 'I',
5358 #endif
5359         };
5360         char tmp[MIGRATE_TYPES + 1];
5361         char *p = tmp;
5362         int i;
5363
5364         for (i = 0; i < MIGRATE_TYPES; i++) {
5365                 if (type & (1 << i))
5366                         *p++ = types[i];
5367         }
5368
5369         *p = '\0';
5370         printk(KERN_CONT "(%s) ", tmp);
5371 }
5372
5373 static bool node_has_managed_zones(pg_data_t *pgdat, int max_zone_idx)
5374 {
5375         int zone_idx;
5376         for (zone_idx = 0; zone_idx <= max_zone_idx; zone_idx++)
5377                 if (zone_managed_pages(pgdat->node_zones + zone_idx))
5378                         return true;
5379         return false;
5380 }
5381
5382 /*
5383  * Show free area list (used inside shift_scroll-lock stuff)
5384  * We also calculate the percentage fragmentation. We do this by counting the
5385  * memory on each free list with the exception of the first item on the list.
5386  *
5387  * Bits in @filter:
5388  * SHOW_MEM_FILTER_NODES: suppress nodes that are not allowed by current's
5389  *   cpuset.
5390  */
5391 void __show_free_areas(unsigned int filter, nodemask_t *nodemask, int max_zone_idx)
5392 {
5393         unsigned long free_pcp = 0;
5394         int cpu, nid;
5395         struct zone *zone;
5396         pg_data_t *pgdat;
5397
5398         for_each_populated_zone(zone) {
5399                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5400                         continue;
5401                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5402                         continue;
5403
5404                 for_each_online_cpu(cpu)
5405                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5406         }
5407
5408         printk("active_anon:%lu inactive_anon:%lu isolated_anon:%lu\n"
5409                 " active_file:%lu inactive_file:%lu isolated_file:%lu\n"
5410                 " unevictable:%lu dirty:%lu writeback:%lu\n"
5411                 " slab_reclaimable:%lu slab_unreclaimable:%lu\n"
5412                 " mapped:%lu shmem:%lu pagetables:%lu\n"
5413                 " sec_pagetables:%lu bounce:%lu\n"
5414                 " kernel_misc_reclaimable:%lu\n"
5415                 " free:%lu free_pcp:%lu free_cma:%lu\n",
5416                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_ANON),
5417                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_ANON),
5418                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_ANON),
5419                 global_node_page_state(NR_ACTIVE_FILE),
5420                 global_node_page_state(NR_INACTIVE_FILE),
5421                 global_node_page_state(NR_ISOLATED_FILE),
5422                 global_node_page_state(NR_UNEVICTABLE),
5423                 global_node_page_state(NR_FILE_DIRTY),
5424                 global_node_page_state(NR_WRITEBACK),
5425                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_RECLAIMABLE_B),
5426                 global_node_page_state_pages(NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B),
5427                 global_node_page_state(NR_FILE_MAPPED),
5428                 global_node_page_state(NR_SHMEM),
5429                 global_node_page_state(NR_PAGETABLE),
5430                 global_node_page_state(NR_SECONDARY_PAGETABLE),
5431                 global_zone_page_state(NR_BOUNCE),
5432                 global_node_page_state(NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE),
5433                 global_zone_page_state(NR_FREE_PAGES),
5434                 free_pcp,
5435                 global_zone_page_state(NR_FREE_CMA_PAGES));
5436
5437         for_each_online_pgdat(pgdat) {
5438                 if (show_mem_node_skip(filter, pgdat->node_id, nodemask))
5439                         continue;
5440                 if (!node_has_managed_zones(pgdat, max_zone_idx))
5441                         continue;
5442
5443                 printk("Node %d"
5444                         " active_anon:%lukB"
5445                         " inactive_anon:%lukB"
5446                         " active_file:%lukB"
5447                         " inactive_file:%lukB"
5448                         " unevictable:%lukB"
5449                         " isolated(anon):%lukB"
5450                         " isolated(file):%lukB"
5451                         " mapped:%lukB"
5452                         " dirty:%lukB"
5453                         " writeback:%lukB"
5454                         " shmem:%lukB"
5455 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5456                         " shmem_thp: %lukB"
5457                         " shmem_pmdmapped: %lukB"
5458                         " anon_thp: %lukB"
5459 #endif
5460                         " writeback_tmp:%lukB"
5461                         " kernel_stack:%lukB"
5462 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5463                         " shadow_call_stack:%lukB"
5464 #endif
5465                         " pagetables:%lukB"
5466                         " sec_pagetables:%lukB"
5467                         " all_unreclaimable? %s"
5468                         "\n",
5469                         pgdat->node_id,
5470                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_ANON)),
5471                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_ANON)),
5472                         K(node_page_state(pgdat, NR_ACTIVE_FILE)),
5473                         K(node_page_state(pgdat, NR_INACTIVE_FILE)),
5474                         K(node_page_state(pgdat, NR_UNEVICTABLE)),
5475                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_ANON)),
5476                         K(node_page_state(pgdat, NR_ISOLATED_FILE)),
5477                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_MAPPED)),
5478                         K(node_page_state(pgdat, NR_FILE_DIRTY)),
5479                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK)),
5480                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM)),
5481 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
5482                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_THPS)),
5483                         K(node_page_state(pgdat, NR_SHMEM_PMDMAPPED)),
5484                         K(node_page_state(pgdat, NR_ANON_THPS)),
5485 #endif
5486                         K(node_page_state(pgdat, NR_WRITEBACK_TEMP)),
5487                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_STACK_KB),
5488 #ifdef CONFIG_SHADOW_CALL_STACK
5489                         node_page_state(pgdat, NR_KERNEL_SCS_KB),
5490 #endif
5491                         K(node_page_state(pgdat, NR_PAGETABLE)),
5492                         K(node_page_state(pgdat, NR_SECONDARY_PAGETABLE)),
5493                         pgdat->kswapd_failures >= MAX_RECLAIM_RETRIES ?
5494                                 "yes" : "no");
5495         }
5496
5497         for_each_populated_zone(zone) {
5498                 int i;
5499
5500                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5501                         continue;
5502                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5503                         continue;
5504
5505                 free_pcp = 0;
5506                 for_each_online_cpu(cpu)
5507                         free_pcp += per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu)->count;
5508
5509                 show_node(zone);
5510                 printk(KERN_CONT
5511                         "%s"
5512                         " free:%lukB"
5513                         " boost:%lukB"
5514                         " min:%lukB"
5515                         " low:%lukB"
5516                         " high:%lukB"
5517                         " reserved_highatomic:%luKB"
5518                         " active_anon:%lukB"
5519                         " inactive_anon:%lukB"
5520                         " active_file:%lukB"
5521                         " inactive_file:%lukB"
5522                         " unevictable:%lukB"
5523                         " writepending:%lukB"
5524                         " present:%lukB"
5525                         " managed:%lukB"
5526                         " mlocked:%lukB"
5527                         " bounce:%lukB"
5528                         " free_pcp:%lukB"
5529                         " local_pcp:%ukB"
5530                         " free_cma:%lukB"
5531                         "\n",
5532                         zone->name,
5533                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_PAGES)),
5534                         K(zone->watermark_boost),
5535                         K(min_wmark_pages(zone)),
5536                         K(low_wmark_pages(zone)),
5537                         K(high_wmark_pages(zone)),
5538                         K(zone->nr_reserved_highatomic),
5539                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_ANON)),
5540                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_ANON)),
5541                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_ACTIVE_FILE)),
5542                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_INACTIVE_FILE)),
5543                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_UNEVICTABLE)),
5544                         K(zone_page_state(zone, NR_ZONE_WRITE_PENDING)),
5545                         K(zone->present_pages),
5546                         K(zone_managed_pages(zone)),
5547                         K(zone_page_state(zone, NR_MLOCK)),
5548                         K(zone_page_state(zone, NR_BOUNCE)),
5549                         K(free_pcp),
5550                         K(this_cpu_read(zone->per_cpu_pageset->count)),
5551                         K(zone_page_state(zone, NR_FREE_CMA_PAGES)));
5552                 printk("lowmem_reserve[]:");
5553                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++)
5554                         printk(KERN_CONT " %ld", zone->lowmem_reserve[i]);
5555                 printk(KERN_CONT "\n");
5556         }
5557
5558         for_each_populated_zone(zone) {
5559                 unsigned int order;
5560                 unsigned long nr[MAX_ORDER + 1], flags, total = 0;
5561                 unsigned char types[MAX_ORDER + 1];
5562
5563                 if (zone_idx(zone) > max_zone_idx)
5564                         continue;
5565                 if (show_mem_node_skip(filter, zone_to_nid(zone), nodemask))
5566                         continue;
5567                 show_node(zone);
5568                 printk(KERN_CONT "%s: ", zone->name);
5569
5570                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
5571                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
5572                         struct free_area *area = &zone->free_area[order];
5573                         int type;
5574
5575                         nr[order] = area->nr_free;
5576                         total += nr[order] << order;
5577
5578                         types[order] = 0;
5579                         for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++) {
5580                                 if (!free_area_empty(area, type))
5581                                         types[order] |= 1 << type;
5582                         }
5583                 }
5584                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
5585                 for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
5586                         printk(KERN_CONT "%lu*%lukB ",
5587                                nr[order], K(1UL) << order);
5588                         if (nr[order])
5589                                 show_migration_types(types[order]);
5590                 }
5591                 printk(KERN_CONT "= %lukB\n", K(total));
5592         }
5593
5594         for_each_online_node(nid) {
5595                 if (show_mem_node_skip(filter, nid, nodemask))
5596                         continue;
5597                 hugetlb_show_meminfo_node(nid);
5598         }
5599
5600         printk("%ld total pagecache pages\n", global_node_page_state(NR_FILE_PAGES));
5601
5602         show_swap_cache_info();
5603 }
5604
5605 static void zoneref_set_zone(struct zone *zone, struct zoneref *zoneref)
5606 {
5607         zoneref->zone = zone;
5608         zoneref->zone_idx = zone_idx(zone);
5609 }
5610
5611 /*
5612  * Builds allocation fallback zone lists.
5613  *
5614  * Add all populated zones of a node to the zonelist.
5615  */
5616 static int build_zonerefs_node(pg_data_t *pgdat, struct zoneref *zonerefs)
5617 {
5618         struct zone *zone;
5619         enum zone_type zone_type = MAX_NR_ZONES;
5620         int nr_zones = 0;
5621
5622         do {
5623                 zone_type--;
5624                 zone = pgdat->node_zones + zone_type;
5625                 if (populated_zone(zone)) {
5626                         zoneref_set_zone(zone, &zonerefs[nr_zones++]);
5627                         check_highest_zone(zone_type);
5628                 }
5629         } while (zone_type);
5630
5631         return nr_zones;
5632 }
5633
5634 #ifdef CONFIG_NUMA
5635
5636 static int __parse_numa_zonelist_order(char *s)
5637 {
5638         /*
5639          * We used to support different zonelists modes but they turned
5640          * out to be just not useful. Let's keep the warning in place
5641          * if somebody still use the cmd line parameter so that we do
5642          * not fail it silently
5643          */
5644         if (!(*s == 'd' || *s == 'D' || *s == 'n' || *s == 'N')) {
5645                 pr_warn("Ignoring unsupported numa_zonelist_order value:  %s\n", s);
5646                 return -EINVAL;
5647         }
5648         return 0;
5649 }
5650
5651 char numa_zonelist_order[] = "Node";
5652
5653 /*
5654  * sysctl handler for numa_zonelist_order
5655  */
5656 int numa_zonelist_order_handler(struct ctl_table *table, int write,
5657                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
5658 {
5659         if (write)
5660                 return __parse_numa_zonelist_order(buffer);
5661         return proc_dostring(table, write, buffer, length, ppos);
5662 }
5663
5664
5665 static int node_load[MAX_NUMNODES];
5666
5667 /**
5668  * find_next_best_node - find the next node that should appear in a given node's fallback list
5669  * @node: node whose fallback list we're appending
5670  * @used_node_mask: nodemask_t of already used nodes
5671  *
5672  * We use a number of factors to determine which is the next node that should
5673  * appear on a given node's fallback list.  The node should not have appeared
5674  * already in @node's fallback list, and it should be the next closest node
5675  * according to the distance array (which contains arbitrary distance values
5676  * from each node to each node in the system), and should also prefer nodes
5677  * with no CPUs, since presumably they'll have very little allocation pressure
5678  * on them otherwise.
5679  *
5680  * Return: node id of the found node or %NUMA_NO_NODE if no node is found.
5681  */
5682 int find_next_best_node(int node, nodemask_t *used_node_mask)
5683 {
5684         int n, val;
5685         int min_val = INT_MAX;
5686         int best_node = NUMA_NO_NODE;
5687
5688         /* Use the local node if we haven't already */
5689         if (!node_isset(node, *used_node_mask)) {
5690                 node_set(node, *used_node_mask);
5691                 return node;
5692         }
5693
5694         for_each_node_state(n, N_MEMORY) {
5695
5696                 /* Don't want a node to appear more than once */
5697                 if (node_isset(n, *used_node_mask))
5698                         continue;
5699
5700                 /* Use the distance array to find the distance */
5701                 val = node_distance(node, n);
5702
5703                 /* Penalize nodes under us ("prefer the next node") */
5704                 val += (n < node);
5705
5706                 /* Give preference to headless and unused nodes */
5707                 if (!cpumask_empty(cpumask_of_node(n)))
5708                         val += PENALTY_FOR_NODE_WITH_CPUS;
5709
5710                 /* Slight preference for less loaded node */
5711                 val *= MAX_NUMNODES;
5712                 val += node_load[n];
5713
5714                 if (val < min_val) {
5715                         min_val = val;
5716                         best_node = n;
5717                 }
5718         }
5719
5720         if (best_node >= 0)
5721                 node_set(best_node, *used_node_mask);
5722
5723         return best_node;
5724 }
5725
5726
5727 /*
5728  * Build zonelists ordered by node and zones within node.
5729  * This results in maximum locality--normal zone overflows into local
5730  * DMA zone, if any--but risks exhausting DMA zone.
5731  */
5732 static void build_zonelists_in_node_order(pg_data_t *pgdat, int *node_order,
5733                 unsigned nr_nodes)
5734 {
5735         struct zoneref *zonerefs;
5736         int i;
5737
5738         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5739
5740         for (i = 0; i < nr_nodes; i++) {
5741                 int nr_zones;
5742
5743                 pg_data_t *node = NODE_DATA(node_order[i]);
5744
5745                 nr_zones = build_zonerefs_node(node, zonerefs);
5746                 zonerefs += nr_zones;
5747         }
5748         zonerefs->zone = NULL;
5749         zonerefs->zone_idx = 0;
5750 }
5751
5752 /*
5753  * Build gfp_thisnode zonelists
5754  */
5755 static void build_thisnode_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5756 {
5757         struct zoneref *zonerefs;
5758         int nr_zones;
5759
5760         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_NOFALLBACK]._zonerefs;
5761         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5762         zonerefs += nr_zones;
5763         zonerefs->zone = NULL;
5764         zonerefs->zone_idx = 0;
5765 }
5766
5767 /*
5768  * Build zonelists ordered by zone and nodes within zones.
5769  * This results in conserving DMA zone[s] until all Normal memory is
5770  * exhausted, but results in overflowing to remote node while memory
5771  * may still exist in local DMA zone.
5772  */
5773
5774 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5775 {
5776         static int node_order[MAX_NUMNODES];
5777         int node, nr_nodes = 0;
5778         nodemask_t used_mask = NODE_MASK_NONE;
5779         int local_node, prev_node;
5780
5781         /* NUMA-aware ordering of nodes */
5782         local_node = pgdat->node_id;
5783         prev_node = local_node;
5784
5785         memset(node_order, 0, sizeof(node_order));
5786         while ((node = find_next_best_node(local_node, &used_mask)) >= 0) {
5787                 /*
5788                  * We don't want to pressure a particular node.
5789                  * So adding penalty to the first node in same
5790                  * distance group to make it round-robin.
5791                  */
5792                 if (node_distance(local_node, node) !=
5793                     node_distance(local_node, prev_node))
5794                         node_load[node] += 1;
5795
5796                 node_order[nr_nodes++] = node;
5797                 prev_node = node;
5798         }
5799
5800         build_zonelists_in_node_order(pgdat, node_order, nr_nodes);
5801         build_thisnode_zonelists(pgdat);
5802         pr_info("Fallback order for Node %d: ", local_node);
5803         for (node = 0; node < nr_nodes; node++)
5804                 pr_cont("%d ", node_order[node]);
5805         pr_cont("\n");
5806 }
5807
5808 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5809 /*
5810  * Return node id of node used for "local" allocations.
5811  * I.e., first node id of first zone in arg node's generic zonelist.
5812  * Used for initializing percpu 'numa_mem', which is used primarily
5813  * for kernel allocations, so use GFP_KERNEL flags to locate zonelist.
5814  */
5815 int local_memory_node(int node)
5816 {
5817         struct zoneref *z;
5818
5819         z = first_zones_zonelist(node_zonelist(node, GFP_KERNEL),
5820                                    gfp_zone(GFP_KERNEL),
5821                                    NULL);
5822         return zone_to_nid(z->zone);
5823 }
5824 #endif
5825
5826 static void setup_min_unmapped_ratio(void);
5827 static void setup_min_slab_ratio(void);
5828 #else   /* CONFIG_NUMA */
5829
5830 static void build_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5831 {
5832         int node, local_node;
5833         struct zoneref *zonerefs;
5834         int nr_zones;
5835
5836         local_node = pgdat->node_id;
5837
5838         zonerefs = pgdat->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK]._zonerefs;
5839         nr_zones = build_zonerefs_node(pgdat, zonerefs);
5840         zonerefs += nr_zones;
5841
5842         /*
5843          * Now we build the zonelist so that it contains the zones
5844          * of all the other nodes.
5845          * We don't want to pressure a particular node, so when
5846          * building the zones for node N, we make sure that the
5847          * zones coming right after the local ones are those from
5848          * node N+1 (modulo N)
5849          */
5850         for (node = local_node + 1; node < MAX_NUMNODES; node++) {
5851                 if (!node_online(node))
5852                         continue;
5853                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5854                 zonerefs += nr_zones;
5855         }
5856         for (node = 0; node < local_node; node++) {
5857                 if (!node_online(node))
5858                         continue;
5859                 nr_zones = build_zonerefs_node(NODE_DATA(node), zonerefs);
5860                 zonerefs += nr_zones;
5861         }
5862
5863         zonerefs->zone = NULL;
5864         zonerefs->zone_idx = 0;
5865 }
5866
5867 #endif  /* CONFIG_NUMA */
5868
5869 /*
5870  * Boot pageset table. One per cpu which is going to be used for all
5871  * zones and all nodes. The parameters will be set in such a way
5872  * that an item put on a list will immediately be handed over to
5873  * the buddy list. This is safe since pageset manipulation is done
5874  * with interrupts disabled.
5875  *
5876  * The boot_pagesets must be kept even after bootup is complete for
5877  * unused processors and/or zones. They do play a role for bootstrapping
5878  * hotplugged processors.
5879  *
5880  * zoneinfo_show() and maybe other functions do
5881  * not check if the processor is online before following the pageset pointer.
5882  * Other parts of the kernel may not check if the zone is available.
5883  */
5884 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats);
5885 /* These effectively disable the pcplists in the boot pageset completely */
5886 #define BOOT_PAGESET_HIGH       0
5887 #define BOOT_PAGESET_BATCH      1
5888 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_pages, boot_pageset);
5889 static DEFINE_PER_CPU(struct per_cpu_zonestat, boot_zonestats);
5890
5891 static void __build_all_zonelists(void *data)
5892 {
5893         int nid;
5894         int __maybe_unused cpu;
5895         pg_data_t *self = data;
5896
5897         write_seqlock(&zonelist_update_seq);
5898
5899 #ifdef CONFIG_NUMA
5900         memset(node_load, 0, sizeof(node_load));
5901 #endif
5902
5903         /*
5904          * This node is hotadded and no memory is yet present.   So just
5905          * building zonelists is fine - no need to touch other nodes.
5906          */
5907         if (self && !node_online(self->node_id)) {
5908                 build_zonelists(self);
5909         } else {
5910                 /*
5911                  * All possible nodes have pgdat preallocated
5912                  * in free_area_init
5913                  */
5914                 for_each_node(nid) {
5915                         pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
5916
5917                         build_zonelists(pgdat);
5918                 }
5919
5920 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
5921                 /*
5922                  * We now know the "local memory node" for each node--
5923                  * i.e., the node of the first zone in the generic zonelist.
5924                  * Set up numa_mem percpu variable for on-line cpus.  During
5925                  * boot, only the boot cpu should be on-line;  we'll init the
5926                  * secondary cpus' numa_mem as they come on-line.  During
5927                  * node/memory hotplug, we'll fixup all on-line cpus.
5928                  */
5929                 for_each_online_cpu(cpu)
5930                         set_cpu_numa_mem(cpu, local_memory_node(cpu_to_node(cpu)));
5931 #endif
5932         }
5933
5934         write_sequnlock(&zonelist_update_seq);
5935 }
5936
5937 static noinline void __init
5938 build_all_zonelists_init(void)
5939 {
5940         int cpu;
5941
5942         __build_all_zonelists(NULL);
5943
5944         /*
5945          * Initialize the boot_pagesets that are going to be used
5946          * for bootstrapping processors. The real pagesets for
5947          * each zone will be allocated later when the per cpu
5948          * allocator is available.
5949          *
5950          * boot_pagesets are used also for bootstrapping offline
5951          * cpus if the system is already booted because the pagesets
5952          * are needed to initialize allocators on a specific cpu too.
5953          * F.e. the percpu allocator needs the page allocator which
5954          * needs the percpu allocator in order to allocate its pagesets
5955          * (a chicken-egg dilemma).
5956          */
5957         for_each_possible_cpu(cpu)
5958                 per_cpu_pages_init(&per_cpu(boot_pageset, cpu), &per_cpu(boot_zonestats, cpu));
5959
5960         mminit_verify_zonelist();
5961         cpuset_init_current_mems_allowed();
5962 }
5963
5964 /*
5965  * unless system_state == SYSTEM_BOOTING.
5966  *
5967  * __ref due to call of __init annotated helper build_all_zonelists_init
5968  * [protected by SYSTEM_BOOTING].
5969  */
5970 void __ref build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat)
5971 {
5972         unsigned long vm_total_pages;
5973
5974         if (system_state == SYSTEM_BOOTING) {
5975                 build_all_zonelists_init();
5976         } else {
5977                 __build_all_zonelists(pgdat);
5978                 /* cpuset refresh routine should be here */
5979         }
5980         /* Get the number of free pages beyond high watermark in all zones. */
5981         vm_total_pages = nr_free_zone_pages(gfp_zone(GFP_HIGHUSER_MOVABLE));
5982         /*
5983          * Disable grouping by mobility if the number of pages in the
5984          * system is too low to allow the mechanism to work. It would be
5985          * more accurate, but expensive to check per-zone. This check is
5986          * made on memory-hotadd so a system can start with mobility
5987          * disabled and enable it later
5988          */
5989         if (vm_total_pages < (pageblock_nr_pages * MIGRATE_TYPES))
5990                 page_group_by_mobility_disabled = 1;
5991         else
5992                 page_group_by_mobility_disabled = 0;
5993
5994         pr_info("Built %u zonelists, mobility grouping %s.  Total pages: %ld\n",
5995                 nr_online_nodes,
5996                 page_group_by_mobility_disabled ? "off" : "on",
5997                 vm_total_pages);
5998 #ifdef CONFIG_NUMA
5999         pr_info("Policy zone: %s\n", zone_names[policy_zone]);
6000 #endif
6001 }
6002
6003 static int zone_batchsize(struct zone *zone)
6004 {
6005 #ifdef CONFIG_MMU
6006         int batch;
6007
6008         /*
6009          * The number of pages to batch allocate is either ~0.1%
6010          * of the zone or 1MB, whichever is smaller. The batch
6011          * size is striking a balance between allocation latency
6012          * and zone lock contention.
6013          */
6014         batch = min(zone_managed_pages(zone) >> 10, SZ_1M / PAGE_SIZE);
6015         batch /= 4;             /* We effectively *= 4 below */
6016         if (batch < 1)
6017                 batch = 1;
6018
6019         /*
6020          * Clamp the batch to a 2^n - 1 value. Having a power
6021          * of 2 value was found to be more likely to have
6022          * suboptimal cache aliasing properties in some cases.
6023          *
6024          * For example if 2 tasks are alternately allocating
6025          * batches of pages, one task can end up with a lot
6026          * of pages of one half of the possible page colors
6027          * and the other with pages of the other colors.
6028          */
6029         batch = rounddown_pow_of_two(batch + batch/2) - 1;
6030
6031         return batch;
6032
6033 #else
6034         /* The deferral and batching of frees should be suppressed under NOMMU
6035          * conditions.
6036          *
6037          * The problem is that NOMMU needs to be able to allocate large chunks
6038          * of contiguous memory as there's no hardware page translation to
6039          * assemble apparent contiguous memory from discontiguous pages.
6040          *
6041          * Queueing large contiguous runs of pages for batching, however,
6042          * causes the pages to actually be freed in smaller chunks.  As there
6043          * can be a significant delay between the individual batches being
6044          * recycled, this leads to the once large chunks of space being
6045          * fragmented and becoming unavailable for high-order allocations.
6046          */
6047         return 0;
6048 #endif
6049 }
6050
6051 static int zone_highsize(struct zone *zone, int batch, int cpu_online)
6052 {
6053 #ifdef CONFIG_MMU
6054         int high;
6055         int nr_split_cpus;
6056         unsigned long total_pages;
6057
6058         if (!percpu_pagelist_high_fraction) {
6059                 /*
6060                  * By default, the high value of the pcp is based on the zone
6061                  * low watermark so that if they are full then background
6062                  * reclaim will not be started prematurely.
6063                  */
6064                 total_pages = low_wmark_pages(zone);
6065         } else {
6066                 /*
6067                  * If percpu_pagelist_high_fraction is configured, the high
6068                  * value is based on a fraction of the managed pages in the
6069                  * zone.
6070                  */
6071                 total_pages = zone_managed_pages(zone) / percpu_pagelist_high_fraction;
6072         }
6073
6074         /*
6075          * Split the high value across all online CPUs local to the zone. Note
6076          * that early in boot that CPUs may not be online yet and that during
6077          * CPU hotplug that the cpumask is not yet updated when a CPU is being
6078          * onlined. For memory nodes that have no CPUs, split pcp->high across
6079          * all online CPUs to mitigate the risk that reclaim is triggered
6080          * prematurely due to pages stored on pcp lists.
6081          */
6082         nr_split_cpus = cpumask_weight(cpumask_of_node(zone_to_nid(zone))) + cpu_online;
6083         if (!nr_split_cpus)
6084                 nr_split_cpus = num_online_cpus();
6085         high = total_pages / nr_split_cpus;
6086
6087         /*
6088          * Ensure high is at least batch*4. The multiple is based on the
6089          * historical relationship between high and batch.
6090          */
6091         high = max(high, batch << 2);
6092
6093         return high;
6094 #else
6095         return 0;
6096 #endif
6097 }
6098
6099 /*
6100  * pcp->high and pcp->batch values are related and generally batch is lower
6101  * than high. They are also related to pcp->count such that count is lower
6102  * than high, and as soon as it reaches high, the pcplist is flushed.
6103  *
6104  * However, guaranteeing these relations at all times would require e.g. write
6105  * barriers here but also careful usage of read barriers at the read side, and
6106  * thus be prone to error and bad for performance. Thus the update only prevents
6107  * store tearing. Any new users of pcp->batch and pcp->high should ensure they
6108  * can cope with those fields changing asynchronously, and fully trust only the
6109  * pcp->count field on the local CPU with interrupts disabled.
6110  *
6111  * mutex_is_locked(&pcp_batch_high_lock) required when calling this function
6112  * outside of boot time (or some other assurance that no concurrent updaters
6113  * exist).
6114  */
6115 static void pageset_update(struct per_cpu_pages *pcp, unsigned long high,
6116                 unsigned long batch)
6117 {
6118         WRITE_ONCE(pcp->batch, batch);
6119         WRITE_ONCE(pcp->high, high);
6120 }
6121
6122 static void per_cpu_pages_init(struct per_cpu_pages *pcp, struct per_cpu_zonestat *pzstats)
6123 {
6124         int pindex;
6125
6126         memset(pcp, 0, sizeof(*pcp));
6127         memset(pzstats, 0, sizeof(*pzstats));
6128
6129         spin_lock_init(&pcp->lock);
6130         for (pindex = 0; pindex < NR_PCP_LISTS; pindex++)
6131                 INIT_LIST_HEAD(&pcp->lists[pindex]);
6132
6133         /*
6134          * Set batch and high values safe for a boot pageset. A true percpu
6135          * pageset's initialization will update them subsequently. Here we don't
6136          * need to be as careful as pageset_update() as nobody can access the
6137          * pageset yet.
6138          */
6139         pcp->high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6140         pcp->batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6141         pcp->free_factor = 0;
6142 }
6143
6144 static void __zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, unsigned long high,
6145                 unsigned long batch)
6146 {
6147         struct per_cpu_pages *pcp;
6148         int cpu;
6149
6150         for_each_possible_cpu(cpu) {
6151                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6152                 pageset_update(pcp, high, batch);
6153         }
6154 }
6155
6156 /*
6157  * Calculate and set new high and batch values for all per-cpu pagesets of a
6158  * zone based on the zone's size.
6159  */
6160 static void zone_set_pageset_high_and_batch(struct zone *zone, int cpu_online)
6161 {
6162         int new_high, new_batch;
6163
6164         new_batch = max(1, zone_batchsize(zone));
6165         new_high = zone_highsize(zone, new_batch, cpu_online);
6166
6167         if (zone->pageset_high == new_high &&
6168             zone->pageset_batch == new_batch)
6169                 return;
6170
6171         zone->pageset_high = new_high;
6172         zone->pageset_batch = new_batch;
6173
6174         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, new_high, new_batch);
6175 }
6176
6177 void __meminit setup_zone_pageset(struct zone *zone)
6178 {
6179         int cpu;
6180
6181         /* Size may be 0 on !SMP && !NUMA */
6182         if (sizeof(struct per_cpu_zonestat) > 0)
6183                 zone->per_cpu_zonestats = alloc_percpu(struct per_cpu_zonestat);
6184
6185         zone->per_cpu_pageset = alloc_percpu(struct per_cpu_pages);
6186         for_each_possible_cpu(cpu) {
6187                 struct per_cpu_pages *pcp;
6188                 struct per_cpu_zonestat *pzstats;
6189
6190                 pcp = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_pageset, cpu);
6191                 pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
6192                 per_cpu_pages_init(pcp, pzstats);
6193         }
6194
6195         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6196 }
6197
6198 /*
6199  * The zone indicated has a new number of managed_pages; batch sizes and percpu
6200  * page high values need to be recalculated.
6201  */
6202 static void zone_pcp_update(struct zone *zone, int cpu_online)
6203 {
6204         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6205         zone_set_pageset_high_and_batch(zone, cpu_online);
6206         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6207 }
6208
6209 /*
6210  * Allocate per cpu pagesets and initialize them.
6211  * Before this call only boot pagesets were available.
6212  */
6213 void __init setup_per_cpu_pageset(void)
6214 {
6215         struct pglist_data *pgdat;
6216         struct zone *zone;
6217         int __maybe_unused cpu;
6218
6219         for_each_populated_zone(zone)
6220                 setup_zone_pageset(zone);
6221
6222 #ifdef CONFIG_NUMA
6223         /*
6224          * Unpopulated zones continue using the boot pagesets.
6225          * The numa stats for these pagesets need to be reset.
6226          * Otherwise, they will end up skewing the stats of
6227          * the nodes these zones are associated with.
6228          */
6229         for_each_possible_cpu(cpu) {
6230                 struct per_cpu_zonestat *pzstats = &per_cpu(boot_zonestats, cpu);
6231                 memset(pzstats->vm_numa_event, 0,
6232                        sizeof(pzstats->vm_numa_event));
6233         }
6234 #endif
6235
6236         for_each_online_pgdat(pgdat)
6237                 pgdat->per_cpu_nodestats =
6238                         alloc_percpu(struct per_cpu_nodestat);
6239 }
6240
6241 __meminit void zone_pcp_init(struct zone *zone)
6242 {
6243         /*
6244          * per cpu subsystem is not up at this point. The following code
6245          * relies on the ability of the linker to provide the
6246          * offset of a (static) per cpu variable into the per cpu area.
6247          */
6248         zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
6249         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
6250         zone->pageset_high = BOOT_PAGESET_HIGH;
6251         zone->pageset_batch = BOOT_PAGESET_BATCH;
6252
6253         if (populated_zone(zone))
6254                 pr_debug("  %s zone: %lu pages, LIFO batch:%u\n", zone->name,
6255                          zone->present_pages, zone_batchsize(zone));
6256 }
6257
6258 void adjust_managed_page_count(struct page *page, long count)
6259 {
6260         atomic_long_add(count, &page_zone(page)->managed_pages);
6261         totalram_pages_add(count);
6262 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
6263         if (PageHighMem(page))
6264                 totalhigh_pages_add(count);
6265 #endif
6266 }
6267 EXPORT_SYMBOL(adjust_managed_page_count);
6268
6269 unsigned long free_reserved_area(void *start, void *end, int poison, const char *s)
6270 {
6271         void *pos;
6272         unsigned long pages = 0;
6273
6274         start = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)start);
6275         end = (void *)((unsigned long)end & PAGE_MASK);
6276         for (pos = start; pos < end; pos += PAGE_SIZE, pages++) {
6277                 struct page *page = virt_to_page(pos);
6278                 void *direct_map_addr;
6279
6280                 /*
6281                  * 'direct_map_addr' might be different from 'pos'
6282                  * because some architectures' virt_to_page()
6283                  * work with aliases.  Getting the direct map
6284                  * address ensures that we get a _writeable_
6285                  * alias for the memset().
6286                  */
6287                 direct_map_addr = page_address(page);
6288                 /*
6289                  * Perform a kasan-unchecked memset() since this memory
6290                  * has not been initialized.
6291                  */
6292                 direct_map_addr = kasan_reset_tag(direct_map_addr);
6293                 if ((unsigned int)poison <= 0xFF)
6294                         memset(direct_map_addr, poison, PAGE_SIZE);
6295
6296                 free_reserved_page(page);
6297         }
6298
6299         if (pages && s)
6300                 pr_info("Freeing %s memory: %ldK\n", s, K(pages));
6301
6302         return pages;
6303 }
6304
6305 void __init mem_init_print_info(void)
6306 {
6307         unsigned long physpages, codesize, datasize, rosize, bss_size;
6308         unsigned long init_code_size, init_data_size;
6309
6310         physpages = get_num_physpages();
6311         codesize = _etext - _stext;
6312         datasize = _edata - _sdata;
6313         rosize = __end_rodata - __start_rodata;
6314         bss_size = __bss_stop - __bss_start;
6315         init_data_size = __init_end - __init_begin;
6316         init_code_size = _einittext - _sinittext;
6317
6318         /*
6319          * Detect special cases and adjust section sizes accordingly:
6320          * 1) .init.* may be embedded into .data sections
6321          * 2) .init.text.* may be out of [__init_begin, __init_end],
6322          *    please refer to arch/tile/kernel/vmlinux.lds.S.
6323          * 3) .rodata.* may be embedded into .text or .data sections.
6324          */
6325 #define adj_init_size(start, end, size, pos, adj) \
6326         do { \
6327                 if (&start[0] <= &pos[0] && &pos[0] < &end[0] && size > adj) \
6328                         size -= adj; \
6329         } while (0)
6330
6331         adj_init_size(__init_begin, __init_end, init_data_size,
6332                      _sinittext, init_code_size);
6333         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, _sinittext, init_code_size);
6334         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __init_begin, init_data_size);
6335         adj_init_size(_stext, _etext, codesize, __start_rodata, rosize);
6336         adj_init_size(_sdata, _edata, datasize, __start_rodata, rosize);
6337
6338 #undef  adj_init_size
6339
6340         pr_info("Memory: %luK/%luK available (%luK kernel code, %luK rwdata, %luK rodata, %luK init, %luK bss, %luK reserved, %luK cma-reserved"
6341 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6342                 ", %luK highmem"
6343 #endif
6344                 ")\n",
6345                 K(nr_free_pages()), K(physpages),
6346                 codesize / SZ_1K, datasize / SZ_1K, rosize / SZ_1K,
6347                 (init_data_size + init_code_size) / SZ_1K, bss_size / SZ_1K,
6348                 K(physpages - totalram_pages() - totalcma_pages),
6349                 K(totalcma_pages)
6350 #ifdef  CONFIG_HIGHMEM
6351                 , K(totalhigh_pages())
6352 #endif
6353                 );
6354 }
6355
6356 static int page_alloc_cpu_dead(unsigned int cpu)
6357 {
6358         struct zone *zone;
6359
6360         lru_add_drain_cpu(cpu);
6361         mlock_drain_remote(cpu);
6362         drain_pages(cpu);
6363
6364         /*
6365          * Spill the event counters of the dead processor
6366          * into the current processors event counters.
6367          * This artificially elevates the count of the current
6368          * processor.
6369          */
6370         vm_events_fold_cpu(cpu);
6371
6372         /*
6373          * Zero the differential counters of the dead processor
6374          * so that the vm statistics are consistent.
6375          *
6376          * This is only okay since the processor is dead and cannot
6377          * race with what we are doing.
6378          */
6379         cpu_vm_stats_fold(cpu);
6380
6381         for_each_populated_zone(zone)
6382                 zone_pcp_update(zone, 0);
6383
6384         return 0;
6385 }
6386
6387 static int page_alloc_cpu_online(unsigned int cpu)
6388 {
6389         struct zone *zone;
6390
6391         for_each_populated_zone(zone)
6392                 zone_pcp_update(zone, 1);
6393         return 0;
6394 }
6395
6396 #ifdef CONFIG_NUMA
6397 int hashdist = HASHDIST_DEFAULT;
6398
6399 static int __init set_hashdist(char *str)
6400 {
6401         if (!str)
6402                 return 0;
6403         hashdist = simple_strtoul(str, &str, 0);
6404         return 1;
6405 }
6406 __setup("hashdist=", set_hashdist);
6407 #endif
6408
6409 void __init page_alloc_init(void)
6410 {
6411         int ret;
6412
6413 #ifdef CONFIG_NUMA
6414         if (num_node_state(N_MEMORY) == 1)
6415                 hashdist = 0;
6416 #endif
6417
6418         ret = cpuhp_setup_state_nocalls(CPUHP_PAGE_ALLOC,
6419                                         "mm/page_alloc:pcp",
6420                                         page_alloc_cpu_online,
6421                                         page_alloc_cpu_dead);
6422         WARN_ON(ret < 0);
6423 }
6424
6425 /*
6426  * calculate_totalreserve_pages - called when sysctl_lowmem_reserve_ratio
6427  *      or min_free_kbytes changes.
6428  */
6429 static void calculate_totalreserve_pages(void)
6430 {
6431         struct pglist_data *pgdat;
6432         unsigned long reserve_pages = 0;
6433         enum zone_type i, j;
6434
6435         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6436
6437                 pgdat->totalreserve_pages = 0;
6438
6439                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6440                         struct zone *zone = pgdat->node_zones + i;
6441                         long max = 0;
6442                         unsigned long managed_pages = zone_managed_pages(zone);
6443
6444                         /* Find valid and maximum lowmem_reserve in the zone */
6445                         for (j = i; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6446                                 if (zone->lowmem_reserve[j] > max)
6447                                         max = zone->lowmem_reserve[j];
6448                         }
6449
6450                         /* we treat the high watermark as reserved pages. */
6451                         max += high_wmark_pages(zone);
6452
6453                         if (max > managed_pages)
6454                                 max = managed_pages;
6455
6456                         pgdat->totalreserve_pages += max;
6457
6458                         reserve_pages += max;
6459                 }
6460         }
6461         totalreserve_pages = reserve_pages;
6462 }
6463
6464 /*
6465  * setup_per_zone_lowmem_reserve - called whenever
6466  *      sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.  Ensures that each zone
6467  *      has a correct pages reserved value, so an adequate number of
6468  *      pages are left in the zone after a successful __alloc_pages().
6469  */
6470 static void setup_per_zone_lowmem_reserve(void)
6471 {
6472         struct pglist_data *pgdat;
6473         enum zone_type i, j;
6474
6475         for_each_online_pgdat(pgdat) {
6476                 for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES - 1; i++) {
6477                         struct zone *zone = &pgdat->node_zones[i];
6478                         int ratio = sysctl_lowmem_reserve_ratio[i];
6479                         bool clear = !ratio || !zone_managed_pages(zone);
6480                         unsigned long managed_pages = 0;
6481
6482                         for (j = i + 1; j < MAX_NR_ZONES; j++) {
6483                                 struct zone *upper_zone = &pgdat->node_zones[j];
6484
6485                                 managed_pages += zone_managed_pages(upper_zone);
6486
6487                                 if (clear)
6488                                         zone->lowmem_reserve[j] = 0;
6489                                 else
6490                                         zone->lowmem_reserve[j] = managed_pages / ratio;
6491                         }
6492                 }
6493         }
6494
6495         /* update totalreserve_pages */
6496         calculate_totalreserve_pages();
6497 }
6498
6499 static void __setup_per_zone_wmarks(void)
6500 {
6501         unsigned long pages_min = min_free_kbytes >> (PAGE_SHIFT - 10);
6502         unsigned long lowmem_pages = 0;
6503         struct zone *zone;
6504         unsigned long flags;
6505
6506         /* Calculate total number of !ZONE_HIGHMEM pages */
6507         for_each_zone(zone) {
6508                 if (!is_highmem(zone))
6509                         lowmem_pages += zone_managed_pages(zone);
6510         }
6511
6512         for_each_zone(zone) {
6513                 u64 tmp;
6514
6515                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
6516                 tmp = (u64)pages_min * zone_managed_pages(zone);
6517                 do_div(tmp, lowmem_pages);
6518                 if (is_highmem(zone)) {
6519                         /*
6520                          * __GFP_HIGH and PF_MEMALLOC allocations usually don't
6521                          * need highmem pages, so cap pages_min to a small
6522                          * value here.
6523                          *
6524                          * The WMARK_HIGH-WMARK_LOW and (WMARK_LOW-WMARK_MIN)
6525                          * deltas control async page reclaim, and so should
6526                          * not be capped for highmem.
6527                          */
6528                         unsigned long min_pages;
6529
6530                         min_pages = zone_managed_pages(zone) / 1024;
6531                         min_pages = clamp(min_pages, SWAP_CLUSTER_MAX, 128UL);
6532                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = min_pages;
6533                 } else {
6534                         /*
6535                          * If it's a lowmem zone, reserve a number of pages
6536                          * proportionate to the zone's size.
6537                          */
6538                         zone->_watermark[WMARK_MIN] = tmp;
6539                 }
6540
6541                 /*
6542                  * Set the kswapd watermarks distance according to the
6543                  * scale factor in proportion to available memory, but
6544                  * ensure a minimum size on small systems.
6545                  */
6546                 tmp = max_t(u64, tmp >> 2,
6547                             mult_frac(zone_managed_pages(zone),
6548                                       watermark_scale_factor, 10000));
6549
6550                 zone->watermark_boost = 0;
6551                 zone->_watermark[WMARK_LOW]  = min_wmark_pages(zone) + tmp;
6552                 zone->_watermark[WMARK_HIGH] = low_wmark_pages(zone) + tmp;
6553                 zone->_watermark[WMARK_PROMO] = high_wmark_pages(zone) + tmp;
6554
6555                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
6556         }
6557
6558         /* update totalreserve_pages */
6559         calculate_totalreserve_pages();
6560 }
6561
6562 /**
6563  * setup_per_zone_wmarks - called when min_free_kbytes changes
6564  * or when memory is hot-{added|removed}
6565  *
6566  * Ensures that the watermark[min,low,high] values for each zone are set
6567  * correctly with respect to min_free_kbytes.
6568  */
6569 void setup_per_zone_wmarks(void)
6570 {
6571         struct zone *zone;
6572         static DEFINE_SPINLOCK(lock);
6573
6574         spin_lock(&lock);
6575         __setup_per_zone_wmarks();
6576         spin_unlock(&lock);
6577
6578         /*
6579          * The watermark size have changed so update the pcpu batch
6580          * and high limits or the limits may be inappropriate.
6581          */
6582         for_each_zone(zone)
6583                 zone_pcp_update(zone, 0);
6584 }
6585
6586 /*
6587  * Initialise min_free_kbytes.
6588  *
6589  * For small machines we want it small (128k min).  For large machines
6590  * we want it large (256MB max).  But it is not linear, because network
6591  * bandwidth does not increase linearly with machine size.  We use
6592  *
6593  *      min_free_kbytes = 4 * sqrt(lowmem_kbytes), for better accuracy:
6594  *      min_free_kbytes = sqrt(lowmem_kbytes * 16)
6595  *
6596  * which yields
6597  *
6598  * 16MB:        512k
6599  * 32MB:        724k
6600  * 64MB:        1024k
6601  * 128MB:       1448k
6602  * 256MB:       2048k
6603  * 512MB:       2896k
6604  * 1024MB:      4096k
6605  * 2048MB:      5792k
6606  * 4096MB:      8192k
6607  * 8192MB:      11584k
6608  * 16384MB:     16384k
6609  */
6610 void calculate_min_free_kbytes(void)
6611 {
6612         unsigned long lowmem_kbytes;
6613         int new_min_free_kbytes;
6614
6615         lowmem_kbytes = nr_free_buffer_pages() * (PAGE_SIZE >> 10);
6616         new_min_free_kbytes = int_sqrt(lowmem_kbytes * 16);
6617
6618         if (new_min_free_kbytes > user_min_free_kbytes)
6619                 min_free_kbytes = clamp(new_min_free_kbytes, 128, 262144);
6620         else
6621                 pr_warn("min_free_kbytes is not updated to %d because user defined value %d is preferred\n",
6622                                 new_min_free_kbytes, user_min_free_kbytes);
6623
6624 }
6625
6626 int __meminit init_per_zone_wmark_min(void)
6627 {
6628         calculate_min_free_kbytes();
6629         setup_per_zone_wmarks();
6630         refresh_zone_stat_thresholds();
6631         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6632
6633 #ifdef CONFIG_NUMA
6634         setup_min_unmapped_ratio();
6635         setup_min_slab_ratio();
6636 #endif
6637
6638         khugepaged_min_free_kbytes_update();
6639
6640         return 0;
6641 }
6642 postcore_initcall(init_per_zone_wmark_min)
6643
6644 /*
6645  * min_free_kbytes_sysctl_handler - just a wrapper around proc_dointvec() so
6646  *      that we can call two helper functions whenever min_free_kbytes
6647  *      changes.
6648  */
6649 int min_free_kbytes_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6650                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6651 {
6652         int rc;
6653
6654         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6655         if (rc)
6656                 return rc;
6657
6658         if (write) {
6659                 user_min_free_kbytes = min_free_kbytes;
6660                 setup_per_zone_wmarks();
6661         }
6662         return 0;
6663 }
6664
6665 int watermark_scale_factor_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6666                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6667 {
6668         int rc;
6669
6670         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6671         if (rc)
6672                 return rc;
6673
6674         if (write)
6675                 setup_per_zone_wmarks();
6676
6677         return 0;
6678 }
6679
6680 #ifdef CONFIG_NUMA
6681 static void setup_min_unmapped_ratio(void)
6682 {
6683         pg_data_t *pgdat;
6684         struct zone *zone;
6685
6686         for_each_online_pgdat(pgdat)
6687                 pgdat->min_unmapped_pages = 0;
6688
6689         for_each_zone(zone)
6690                 zone->zone_pgdat->min_unmapped_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6691                                                          sysctl_min_unmapped_ratio) / 100;
6692 }
6693
6694
6695 int sysctl_min_unmapped_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6696                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6697 {
6698         int rc;
6699
6700         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6701         if (rc)
6702                 return rc;
6703
6704         setup_min_unmapped_ratio();
6705
6706         return 0;
6707 }
6708
6709 static void setup_min_slab_ratio(void)
6710 {
6711         pg_data_t *pgdat;
6712         struct zone *zone;
6713
6714         for_each_online_pgdat(pgdat)
6715                 pgdat->min_slab_pages = 0;
6716
6717         for_each_zone(zone)
6718                 zone->zone_pgdat->min_slab_pages += (zone_managed_pages(zone) *
6719                                                      sysctl_min_slab_ratio) / 100;
6720 }
6721
6722 int sysctl_min_slab_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6723                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6724 {
6725         int rc;
6726
6727         rc = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6728         if (rc)
6729                 return rc;
6730
6731         setup_min_slab_ratio();
6732
6733         return 0;
6734 }
6735 #endif
6736
6737 /*
6738  * lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler - just a wrapper around
6739  *      proc_dointvec() so that we can call setup_per_zone_lowmem_reserve()
6740  *      whenever sysctl_lowmem_reserve_ratio changes.
6741  *
6742  * The reserve ratio obviously has absolutely no relation with the
6743  * minimum watermarks. The lowmem reserve ratio can only make sense
6744  * if in function of the boot time zone sizes.
6745  */
6746 int lowmem_reserve_ratio_sysctl_handler(struct ctl_table *table, int write,
6747                 void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6748 {
6749         int i;
6750
6751         proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6752
6753         for (i = 0; i < MAX_NR_ZONES; i++) {
6754                 if (sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] < 1)
6755                         sysctl_lowmem_reserve_ratio[i] = 0;
6756         }
6757
6758         setup_per_zone_lowmem_reserve();
6759         return 0;
6760 }
6761
6762 /*
6763  * percpu_pagelist_high_fraction - changes the pcp->high for each zone on each
6764  * cpu. It is the fraction of total pages in each zone that a hot per cpu
6765  * pagelist can have before it gets flushed back to buddy allocator.
6766  */
6767 int percpu_pagelist_high_fraction_sysctl_handler(struct ctl_table *table,
6768                 int write, void *buffer, size_t *length, loff_t *ppos)
6769 {
6770         struct zone *zone;
6771         int old_percpu_pagelist_high_fraction;
6772         int ret;
6773
6774         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
6775         old_percpu_pagelist_high_fraction = percpu_pagelist_high_fraction;
6776
6777         ret = proc_dointvec_minmax(table, write, buffer, length, ppos);
6778         if (!write || ret < 0)
6779                 goto out;
6780
6781         /* Sanity checking to avoid pcp imbalance */
6782         if (percpu_pagelist_high_fraction &&
6783             percpu_pagelist_high_fraction < MIN_PERCPU_PAGELIST_HIGH_FRACTION) {
6784                 percpu_pagelist_high_fraction = old_percpu_pagelist_high_fraction;
6785                 ret = -EINVAL;
6786                 goto out;
6787         }
6788
6789         /* No change? */
6790         if (percpu_pagelist_high_fraction == old_percpu_pagelist_high_fraction)
6791                 goto out;
6792
6793         for_each_populated_zone(zone)
6794                 zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0);
6795 out:
6796         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
6797         return ret;
6798 }
6799
6800 #ifdef CONFIG_CONTIG_ALLOC
6801 #if defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG) || \
6802         (defined(CONFIG_DYNAMIC_DEBUG_CORE) && defined(DYNAMIC_DEBUG_MODULE))
6803 /* Usage: See admin-guide/dynamic-debug-howto.rst */
6804 static void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6805 {
6806         DEFINE_DYNAMIC_DEBUG_METADATA(descriptor, "migrate failure");
6807
6808         if (DYNAMIC_DEBUG_BRANCH(descriptor)) {
6809                 struct page *page;
6810
6811                 dump_stack();
6812                 list_for_each_entry(page, page_list, lru)
6813                         dump_page(page, "migration failure");
6814         }
6815 }
6816 #else
6817 static inline void alloc_contig_dump_pages(struct list_head *page_list)
6818 {
6819 }
6820 #endif
6821
6822 /* [start, end) must belong to a single zone. */
6823 int __alloc_contig_migrate_range(struct compact_control *cc,
6824                                         unsigned long start, unsigned long end)
6825 {
6826         /* This function is based on compact_zone() from compaction.c. */
6827         unsigned int nr_reclaimed;
6828         unsigned long pfn = start;
6829         unsigned int tries = 0;
6830         int ret = 0;
6831         struct migration_target_control mtc = {
6832                 .nid = zone_to_nid(cc->zone),
6833                 .gfp_mask = GFP_USER | __GFP_MOVABLE | __GFP_RETRY_MAYFAIL,
6834         };
6835
6836         lru_cache_disable();
6837
6838         while (pfn < end || !list_empty(&cc->migratepages)) {
6839                 if (fatal_signal_pending(current)) {
6840                         ret = -EINTR;
6841                         break;
6842                 }
6843
6844                 if (list_empty(&cc->migratepages)) {
6845                         cc->nr_migratepages = 0;
6846                         ret = isolate_migratepages_range(cc, pfn, end);
6847                         if (ret && ret != -EAGAIN)
6848                                 break;
6849                         pfn = cc->migrate_pfn;
6850                         tries = 0;
6851                 } else if (++tries == 5) {
6852                         ret = -EBUSY;
6853                         break;
6854                 }
6855
6856                 nr_reclaimed = reclaim_clean_pages_from_list(cc->zone,
6857                                                         &cc->migratepages);
6858                 cc->nr_migratepages -= nr_reclaimed;
6859
6860                 ret = migrate_pages(&cc->migratepages, alloc_migration_target,
6861                         NULL, (unsigned long)&mtc, cc->mode, MR_CONTIG_RANGE, NULL);
6862
6863                 /*
6864                  * On -ENOMEM, migrate_pages() bails out right away. It is pointless
6865                  * to retry again over this error, so do the same here.
6866                  */
6867                 if (ret == -ENOMEM)
6868                         break;
6869         }
6870
6871         lru_cache_enable();
6872         if (ret < 0) {
6873                 if (!(cc->gfp_mask & __GFP_NOWARN) && ret == -EBUSY)
6874                         alloc_contig_dump_pages(&cc->migratepages);
6875                 putback_movable_pages(&cc->migratepages);
6876                 return ret;
6877         }
6878         return 0;
6879 }
6880
6881 /**
6882  * alloc_contig_range() -- tries to allocate given range of pages
6883  * @start:      start PFN to allocate
6884  * @end:        one-past-the-last PFN to allocate
6885  * @migratetype:        migratetype of the underlying pageblocks (either
6886  *                      #MIGRATE_MOVABLE or #MIGRATE_CMA).  All pageblocks
6887  *                      in range must have the same migratetype and it must
6888  *                      be either of the two.
6889  * @gfp_mask:   GFP mask to use during compaction
6890  *
6891  * The PFN range does not have to be pageblock aligned. The PFN range must
6892  * belong to a single zone.
6893  *
6894  * The first thing this routine does is attempt to MIGRATE_ISOLATE all
6895  * pageblocks in the range.  Once isolated, the pageblocks should not
6896  * be modified by others.
6897  *
6898  * Return: zero on success or negative error code.  On success all
6899  * pages which PFN is in [start, end) are allocated for the caller and
6900  * need to be freed with free_contig_range().
6901  */
6902 int alloc_contig_range(unsigned long start, unsigned long end,
6903                        unsigned migratetype, gfp_t gfp_mask)
6904 {
6905         unsigned long outer_start, outer_end;
6906         int order;
6907         int ret = 0;
6908
6909         struct compact_control cc = {
6910                 .nr_migratepages = 0,
6911                 .order = -1,
6912                 .zone = page_zone(pfn_to_page(start)),
6913                 .mode = MIGRATE_SYNC,
6914                 .ignore_skip_hint = true,
6915                 .no_set_skip_hint = true,
6916                 .gfp_mask = current_gfp_context(gfp_mask),
6917                 .alloc_contig = true,
6918         };
6919         INIT_LIST_HEAD(&cc.migratepages);
6920
6921         /*
6922          * What we do here is we mark all pageblocks in range as
6923          * MIGRATE_ISOLATE.  Because pageblock and max order pages may
6924          * have different sizes, and due to the way page allocator
6925          * work, start_isolate_page_range() has special handlings for this.
6926          *
6927          * Once the pageblocks are marked as MIGRATE_ISOLATE, we
6928          * migrate the pages from an unaligned range (ie. pages that
6929          * we are interested in). This will put all the pages in
6930          * range back to page allocator as MIGRATE_ISOLATE.
6931          *
6932          * When this is done, we take the pages in range from page
6933          * allocator removing them from the buddy system.  This way
6934          * page allocator will never consider using them.
6935          *
6936          * This lets us mark the pageblocks back as
6937          * MIGRATE_CMA/MIGRATE_MOVABLE so that free pages in the
6938          * aligned range but not in the unaligned, original range are
6939          * put back to page allocator so that buddy can use them.
6940          */
6941
6942         ret = start_isolate_page_range(start, end, migratetype, 0, gfp_mask);
6943         if (ret)
6944                 goto done;
6945
6946         drain_all_pages(cc.zone);
6947
6948         /*
6949          * In case of -EBUSY, we'd like to know which page causes problem.
6950          * So, just fall through. test_pages_isolated() has a tracepoint
6951          * which will report the busy page.
6952          *
6953          * It is possible that busy pages could become available before
6954          * the call to test_pages_isolated, and the range will actually be
6955          * allocated.  So, if we fall through be sure to clear ret so that
6956          * -EBUSY is not accidentally used or returned to caller.
6957          */
6958         ret = __alloc_contig_migrate_range(&cc, start, end);
6959         if (ret && ret != -EBUSY)
6960                 goto done;
6961         ret = 0;
6962
6963         /*
6964          * Pages from [start, end) are within a pageblock_nr_pages
6965          * aligned blocks that are marked as MIGRATE_ISOLATE.  What's
6966          * more, all pages in [start, end) are free in page allocator.
6967          * What we are going to do is to allocate all pages from
6968          * [start, end) (that is remove them from page allocator).
6969          *
6970          * The only problem is that pages at the beginning and at the
6971          * end of interesting range may be not aligned with pages that
6972          * page allocator holds, ie. they can be part of higher order
6973          * pages.  Because of this, we reserve the bigger range and
6974          * once this is done free the pages we are not interested in.
6975          *
6976          * We don't have to hold zone->lock here because the pages are
6977          * isolated thus they won't get removed from buddy.
6978          */
6979
6980         order = 0;
6981         outer_start = start;
6982         while (!PageBuddy(pfn_to_page(outer_start))) {
6983                 if (++order > MAX_ORDER) {
6984                         outer_start = start;
6985                         break;
6986                 }
6987                 outer_start &= ~0UL << order;
6988         }
6989
6990         if (outer_start != start) {
6991                 order = buddy_order(pfn_to_page(outer_start));
6992
6993                 /*
6994                  * outer_start page could be small order buddy page and
6995                  * it doesn't include start page. Adjust outer_start
6996                  * in this case to report failed page properly
6997                  * on tracepoint in test_pages_isolated()
6998                  */
6999                 if (outer_start + (1UL << order) <= start)
7000                         outer_start = start;
7001         }
7002
7003         /* Make sure the range is really isolated. */
7004         if (test_pages_isolated(outer_start, end, 0)) {
7005                 ret = -EBUSY;
7006                 goto done;
7007         }
7008
7009         /* Grab isolated pages from freelists. */
7010         outer_end = isolate_freepages_range(&cc, outer_start, end);
7011         if (!outer_end) {
7012                 ret = -EBUSY;
7013                 goto done;
7014         }
7015
7016         /* Free head and tail (if any) */
7017         if (start != outer_start)
7018                 free_contig_range(outer_start, start - outer_start);
7019         if (end != outer_end)
7020                 free_contig_range(end, outer_end - end);
7021
7022 done:
7023         undo_isolate_page_range(start, end, migratetype);
7024         return ret;
7025 }
7026 EXPORT_SYMBOL(alloc_contig_range);
7027
7028 static int __alloc_contig_pages(unsigned long start_pfn,
7029                                 unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask)
7030 {
7031         unsigned long end_pfn = start_pfn + nr_pages;
7032
7033         return alloc_contig_range(start_pfn, end_pfn, MIGRATE_MOVABLE,
7034                                   gfp_mask);
7035 }
7036
7037 static bool pfn_range_valid_contig(struct zone *z, unsigned long start_pfn,
7038                                    unsigned long nr_pages)
7039 {
7040         unsigned long i, end_pfn = start_pfn + nr_pages;
7041         struct page *page;
7042
7043         for (i = start_pfn; i < end_pfn; i++) {
7044                 page = pfn_to_online_page(i);
7045                 if (!page)
7046                         return false;
7047
7048                 if (page_zone(page) != z)
7049                         return false;
7050
7051                 if (PageReserved(page))
7052                         return false;
7053         }
7054         return true;
7055 }
7056
7057 static bool zone_spans_last_pfn(const struct zone *zone,
7058                                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
7059 {
7060         unsigned long last_pfn = start_pfn + nr_pages - 1;
7061
7062         return zone_spans_pfn(zone, last_pfn);
7063 }
7064
7065 /**
7066  * alloc_contig_pages() -- tries to find and allocate contiguous range of pages
7067  * @nr_pages:   Number of contiguous pages to allocate
7068  * @gfp_mask:   GFP mask to limit search and used during compaction
7069  * @nid:        Target node
7070  * @nodemask:   Mask for other possible nodes
7071  *
7072  * This routine is a wrapper around alloc_contig_range(). It scans over zones
7073  * on an applicable zonelist to find a contiguous pfn range which can then be
7074  * tried for allocation with alloc_contig_range(). This routine is intended
7075  * for allocation requests which can not be fulfilled with the buddy allocator.
7076  *
7077  * The allocated memory is always aligned to a page boundary. If nr_pages is a
7078  * power of two, then allocated range is also guaranteed to be aligned to same
7079  * nr_pages (e.g. 1GB request would be aligned to 1GB).
7080  *
7081  * Allocated pages can be freed with free_contig_range() or by manually calling
7082  * __free_page() on each allocated page.
7083  *
7084  * Return: pointer to contiguous pages on success, or NULL if not successful.
7085  */
7086 struct page *alloc_contig_pages(unsigned long nr_pages, gfp_t gfp_mask,
7087                                 int nid, nodemask_t *nodemask)
7088 {
7089         unsigned long ret, pfn, flags;
7090         struct zonelist *zonelist;
7091         struct zone *zone;
7092         struct zoneref *z;
7093
7094         zonelist = node_zonelist(nid, gfp_mask);
7095         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zonelist,
7096                                         gfp_zone(gfp_mask), nodemask) {
7097                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7098
7099                 pfn = ALIGN(zone->zone_start_pfn, nr_pages);
7100                 while (zone_spans_last_pfn(zone, pfn, nr_pages)) {
7101                         if (pfn_range_valid_contig(zone, pfn, nr_pages)) {
7102                                 /*
7103                                  * We release the zone lock here because
7104                                  * alloc_contig_range() will also lock the zone
7105                                  * at some point. If there's an allocation
7106                                  * spinning on this lock, it may win the race
7107                                  * and cause alloc_contig_range() to fail...
7108                                  */
7109                                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7110                                 ret = __alloc_contig_pages(pfn, nr_pages,
7111                                                         gfp_mask);
7112                                 if (!ret)
7113                                         return pfn_to_page(pfn);
7114                                 spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7115                         }
7116                         pfn += nr_pages;
7117                 }
7118                 spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7119         }
7120         return NULL;
7121 }
7122 #endif /* CONFIG_CONTIG_ALLOC */
7123
7124 void free_contig_range(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages)
7125 {
7126         unsigned long count = 0;
7127
7128         for (; nr_pages--; pfn++) {
7129                 struct page *page = pfn_to_page(pfn);
7130
7131                 count += page_count(page) != 1;
7132                 __free_page(page);
7133         }
7134         WARN(count != 0, "%lu pages are still in use!\n", count);
7135 }
7136 EXPORT_SYMBOL(free_contig_range);
7137
7138 /*
7139  * Effectively disable pcplists for the zone by setting the high limit to 0
7140  * and draining all cpus. A concurrent page freeing on another CPU that's about
7141  * to put the page on pcplist will either finish before the drain and the page
7142  * will be drained, or observe the new high limit and skip the pcplist.
7143  *
7144  * Must be paired with a call to zone_pcp_enable().
7145  */
7146 void zone_pcp_disable(struct zone *zone)
7147 {
7148         mutex_lock(&pcp_batch_high_lock);
7149         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, 0, 1);
7150         __drain_all_pages(zone, true);
7151 }
7152
7153 void zone_pcp_enable(struct zone *zone)
7154 {
7155         __zone_set_pageset_high_and_batch(zone, zone->pageset_high, zone->pageset_batch);
7156         mutex_unlock(&pcp_batch_high_lock);
7157 }
7158
7159 void zone_pcp_reset(struct zone *zone)
7160 {
7161         int cpu;
7162         struct per_cpu_zonestat *pzstats;
7163
7164         if (zone->per_cpu_pageset != &boot_pageset) {
7165                 for_each_online_cpu(cpu) {
7166                         pzstats = per_cpu_ptr(zone->per_cpu_zonestats, cpu);
7167                         drain_zonestat(zone, pzstats);
7168                 }
7169                 free_percpu(zone->per_cpu_pageset);
7170                 zone->per_cpu_pageset = &boot_pageset;
7171                 if (zone->per_cpu_zonestats != &boot_zonestats) {
7172                         free_percpu(zone->per_cpu_zonestats);
7173                         zone->per_cpu_zonestats = &boot_zonestats;
7174                 }
7175         }
7176 }
7177
7178 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTREMOVE
7179 /*
7180  * All pages in the range must be in a single zone, must not contain holes,
7181  * must span full sections, and must be isolated before calling this function.
7182  */
7183 void __offline_isolated_pages(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn)
7184 {
7185         unsigned long pfn = start_pfn;
7186         struct page *page;
7187         struct zone *zone;
7188         unsigned int order;
7189         unsigned long flags;
7190
7191         offline_mem_sections(pfn, end_pfn);
7192         zone = page_zone(pfn_to_page(pfn));
7193         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7194         while (pfn < end_pfn) {
7195                 page = pfn_to_page(pfn);
7196                 /*
7197                  * The HWPoisoned page may be not in buddy system, and
7198                  * page_count() is not 0.
7199                  */
7200                 if (unlikely(!PageBuddy(page) && PageHWPoison(page))) {
7201                         pfn++;
7202                         continue;
7203                 }
7204                 /*
7205                  * At this point all remaining PageOffline() pages have a
7206                  * reference count of 0 and can simply be skipped.
7207                  */
7208                 if (PageOffline(page)) {
7209                         BUG_ON(page_count(page));
7210                         BUG_ON(PageBuddy(page));
7211                         pfn++;
7212                         continue;
7213                 }
7214
7215                 BUG_ON(page_count(page));
7216                 BUG_ON(!PageBuddy(page));
7217                 order = buddy_order(page);
7218                 del_page_from_free_list(page, zone, order);
7219                 pfn += (1 << order);
7220         }
7221         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7222 }
7223 #endif
7224
7225 /*
7226  * This function returns a stable result only if called under zone lock.
7227  */
7228 bool is_free_buddy_page(struct page *page)
7229 {
7230         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7231         unsigned int order;
7232
7233         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
7234                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7235
7236                 if (PageBuddy(page_head) &&
7237                     buddy_order_unsafe(page_head) >= order)
7238                         break;
7239         }
7240
7241         return order <= MAX_ORDER;
7242 }
7243 EXPORT_SYMBOL(is_free_buddy_page);
7244
7245 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
7246 /*
7247  * Break down a higher-order page in sub-pages, and keep our target out of
7248  * buddy allocator.
7249  */
7250 static void break_down_buddy_pages(struct zone *zone, struct page *page,
7251                                    struct page *target, int low, int high,
7252                                    int migratetype)
7253 {
7254         unsigned long size = 1 << high;
7255         struct page *current_buddy, *next_page;
7256
7257         while (high > low) {
7258                 high--;
7259                 size >>= 1;
7260
7261                 if (target >= &page[size]) {
7262                         next_page = page + size;
7263                         current_buddy = page;
7264                 } else {
7265                         next_page = page;
7266                         current_buddy = page + size;
7267                 }
7268
7269                 if (set_page_guard(zone, current_buddy, high, migratetype))
7270                         continue;
7271
7272                 if (current_buddy != target) {
7273                         add_to_free_list(current_buddy, zone, high, migratetype);
7274                         set_buddy_order(current_buddy, high);
7275                         page = next_page;
7276                 }
7277         }
7278 }
7279
7280 /*
7281  * Take a page that will be marked as poisoned off the buddy allocator.
7282  */
7283 bool take_page_off_buddy(struct page *page)
7284 {
7285         struct zone *zone = page_zone(page);
7286         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7287         unsigned long flags;
7288         unsigned int order;
7289         bool ret = false;
7290
7291         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7292         for (order = 0; order <= MAX_ORDER; order++) {
7293                 struct page *page_head = page - (pfn & ((1 << order) - 1));
7294                 int page_order = buddy_order(page_head);
7295
7296                 if (PageBuddy(page_head) && page_order >= order) {
7297                         unsigned long pfn_head = page_to_pfn(page_head);
7298                         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page_head,
7299                                                                    pfn_head);
7300
7301                         del_page_from_free_list(page_head, zone, page_order);
7302                         break_down_buddy_pages(zone, page_head, page, 0,
7303                                                 page_order, migratetype);
7304                         SetPageHWPoisonTakenOff(page);
7305                         if (!is_migrate_isolate(migratetype))
7306                                 __mod_zone_freepage_state(zone, -1, migratetype);
7307                         ret = true;
7308                         break;
7309                 }
7310                 if (page_count(page_head) > 0)
7311                         break;
7312         }
7313         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7314         return ret;
7315 }
7316
7317 /*
7318  * Cancel takeoff done by take_page_off_buddy().
7319  */
7320 bool put_page_back_buddy(struct page *page)
7321 {
7322         struct zone *zone = page_zone(page);
7323         unsigned long pfn = page_to_pfn(page);
7324         unsigned long flags;
7325         int migratetype = get_pfnblock_migratetype(page, pfn);
7326         bool ret = false;
7327
7328         spin_lock_irqsave(&zone->lock, flags);
7329         if (put_page_testzero(page)) {
7330                 ClearPageHWPoisonTakenOff(page);
7331                 __free_one_page(page, pfn, zone, 0, migratetype, FPI_NONE);
7332                 if (TestClearPageHWPoison(page)) {
7333                         ret = true;
7334                 }
7335         }
7336         spin_unlock_irqrestore(&zone->lock, flags);
7337
7338         return ret;
7339 }
7340 #endif
7341
7342 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
7343 bool has_managed_dma(void)
7344 {
7345         struct pglist_data *pgdat;
7346
7347         for_each_online_pgdat(pgdat) {
7348                 struct zone *zone = &pgdat->node_zones[ZONE_DMA];
7349
7350                 if (managed_zone(zone))
7351                         return true;
7352         }
7353         return false;
7354 }
7355 #endif /* CONFIG_ZONE_DMA */