083e7c91e5f62b10ec0b85eaa2f307a1bb2921df
[linux-2.6.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * linux/mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks in vmalloc area.  Each
11  * chunk is consisted of boot-time determined number of units and the
12  * first chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.  ie. in
17  * vmalloc area
18  *
19  *  c0                           c1                         c2
20  *  -------------------          -------------------        ------------
21  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
22  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
23  *
24  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
25  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
26  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  On UMA, units corresponds directly to
27  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
28  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
29  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
30  *
31  * There are usually many small percpu allocations many of them being
32  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
33  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
34  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
35  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
36  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
37  * chunk maps unnecessarily.
38  *
39  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
40  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
41  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
42  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
43  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
44  * Chunks can be determined from the address using the index field
45  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
46  *
47  * To use this allocator, arch code should do the followings.
48  *
49  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
50  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
51  *   different from the default
52  *
53  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
54  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
55  */
56
57 #include <linux/bitmap.h>
58 #include <linux/bootmem.h>
59 #include <linux/err.h>
60 #include <linux/list.h>
61 #include <linux/log2.h>
62 #include <linux/mm.h>
63 #include <linux/module.h>
64 #include <linux/mutex.h>
65 #include <linux/percpu.h>
66 #include <linux/pfn.h>
67 #include <linux/slab.h>
68 #include <linux/spinlock.h>
69 #include <linux/vmalloc.h>
70 #include <linux/workqueue.h>
71
72 #include <asm/cacheflush.h>
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/io.h>
76
77 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
78 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
79
80 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
81 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
82 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
83         (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
84                  + (unsigned long)__per_cpu_start)
85 #endif
86 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
87 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
88         (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
89                  - (unsigned long)__per_cpu_start)
90 #endif
91
92 struct pcpu_chunk {
93         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
94         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
95         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
96         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
97         int                     map_used;       /* # of map entries used */
98         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
99         int                     *map;           /* allocation map */
100         struct vm_struct        **vms;          /* mapped vmalloc regions */
101         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
102         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
103 };
104
105 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
106 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
107 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
108 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
109 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
110 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
111
112 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
113 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
114 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
115
116 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
117 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
118 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
119
120 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
121 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
122
123 /* group information, used for vm allocation */
124 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
125 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
126 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
127
128 /*
129  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
130  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
131  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
132  */
133 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
134
135 /*
136  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
137  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
138  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
139  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
140  * respectively.
141  */
142 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
143 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
144
145 /*
146  * Synchronization rules.
147  *
148  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
149  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
150  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
151  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
152  *
153  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
154  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
155  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.  In
156  * general, percpu memory can't be allocated with irq off but
157  * irqsave/restore are still used in alloc path so that it can be used
158  * from early init path - sched_init() specifically.
159  *
160  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
161  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
162  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
163  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
164  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
165  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
166  * allocation path might be referencing the chunk with only
167  * pcpu_alloc_mutex locked.
168  */
169 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
170 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
171
172 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
173
174 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
175 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
176 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
177
178 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
179 {
180         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
181         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
182 }
183
184 static int pcpu_size_to_slot(int size)
185 {
186         if (size == pcpu_unit_size)
187                 return pcpu_nr_slots - 1;
188         return __pcpu_size_to_slot(size);
189 }
190
191 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
192 {
193         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
194                 return 0;
195
196         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
197 }
198
199 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
200 {
201         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
202 }
203
204 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
205                                      unsigned int cpu, int page_idx)
206 {
207         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
208                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
209 }
210
211 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
212                                     unsigned int cpu, int page_idx)
213 {
214         /* must not be used on pre-mapped chunk */
215         WARN_ON(chunk->immutable);
216
217         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
218 }
219
220 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
221 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
222 {
223         page->index = (unsigned long)pcpu;
224 }
225
226 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
227 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
228 {
229         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
230 }
231
232 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
233 {
234         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
235         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
236 }
237
238 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
239 {
240         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
241         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
242 }
243
244 /*
245  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
246  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
247  * be integer variables and will be set to start and end page index of
248  * the current region.
249  */
250 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
251         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
252              (rs) < (re);                                                   \
253              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
254
255 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
256         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
257              (rs) < (re);                                                   \
258              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
259
260 /**
261  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
262  * @size: bytes to allocate
263  *
264  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
265  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
266  * memory is always zeroed.
267  *
268  * CONTEXT:
269  * Does GFP_KERNEL allocation.
270  *
271  * RETURNS:
272  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
273  */
274 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
275 {
276         if (size <= PAGE_SIZE)
277                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
278         else {
279                 void *ptr = vmalloc(size);
280                 if (ptr)
281                         memset(ptr, 0, size);
282                 return ptr;
283         }
284 }
285
286 /**
287  * pcpu_mem_free - free memory
288  * @ptr: memory to free
289  * @size: size of the area
290  *
291  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
292  */
293 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
294 {
295         if (size <= PAGE_SIZE)
296                 kfree(ptr);
297         else
298                 vfree(ptr);
299 }
300
301 /**
302  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
303  * @chunk: chunk of interest
304  * @oslot: the previous slot it was on
305  *
306  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
307  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
308  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
309  * chunk slots.
310  *
311  * CONTEXT:
312  * pcpu_lock.
313  */
314 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
315 {
316         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
317
318         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
319                 if (oslot < nslot)
320                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
321                 else
322                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
323         }
324 }
325
326 /**
327  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
328  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
329  *
330  * RETURNS:
331  * The address of the found chunk.
332  */
333 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
334 {
335         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
336
337         /* is it in the first chunk? */
338         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
339                 /* is it in the reserved area? */
340                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
341                         return pcpu_reserved_chunk;
342                 return pcpu_first_chunk;
343         }
344
345         /*
346          * The address is relative to unit0 which might be unused and
347          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
348          * current processor before looking it up in the vmalloc
349          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
350          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
351          */
352         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
353         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
354 }
355
356 /**
357  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
358  * @chunk: chunk of interest
359  *
360  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended to
361  * accomodate a new allocation.
362  *
363  * CONTEXT:
364  * pcpu_lock.
365  *
366  * RETURNS:
367  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
368  * otherwise.
369  */
370 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk)
371 {
372         int new_alloc;
373
374         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
375                 return 0;
376
377         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
378         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
379                 new_alloc *= 2;
380
381         return new_alloc;
382 }
383
384 /**
385  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
386  * @chunk: chunk of interest
387  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
388  *
389  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
390  *
391  * CONTEXT:
392  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
393  *
394  * RETURNS:
395  * 0 on success, -errno on failure.
396  */
397 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
398 {
399         int *old = NULL, *new = NULL;
400         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
401         unsigned long flags;
402
403         new = pcpu_mem_alloc(new_size);
404         if (!new)
405                 return -ENOMEM;
406
407         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
408         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
409
410         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
411                 goto out_unlock;
412
413         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
414         memcpy(new, chunk->map, old_size);
415
416         /*
417          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
418          * one of the first chunks and still using static map.
419          */
420         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
421                 old = chunk->map;
422
423         chunk->map_alloc = new_alloc;
424         chunk->map = new;
425         new = NULL;
426
427 out_unlock:
428         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
429
430         /*
431          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
432          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
433          */
434         pcpu_mem_free(old, old_size);
435         pcpu_mem_free(new, new_size);
436
437         return 0;
438 }
439
440 /**
441  * pcpu_split_block - split a map block
442  * @chunk: chunk of interest
443  * @i: index of map block to split
444  * @head: head size in bytes (can be 0)
445  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
446  *
447  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
448  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
449  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
450  *
451  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
452  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
453  * is inserted after the target block.
454  *
455  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
456  *
457  * CONTEXT:
458  * pcpu_lock.
459  */
460 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
461                              int head, int tail)
462 {
463         int nr_extra = !!head + !!tail;
464
465         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
466
467         /* insert new subblocks */
468         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
469                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
470         chunk->map_used += nr_extra;
471
472         if (head) {
473                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
474                 chunk->map[i++] = head;
475         }
476         if (tail) {
477                 chunk->map[i++] -= tail;
478                 chunk->map[i] = tail;
479         }
480 }
481
482 /**
483  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
484  * @chunk: chunk of interest
485  * @size: wanted size in bytes
486  * @align: wanted align
487  *
488  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
489  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
490  * populate or map the area.
491  *
492  * @chunk->map must have at least two free slots.
493  *
494  * CONTEXT:
495  * pcpu_lock.
496  *
497  * RETURNS:
498  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
499  * found.
500  */
501 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
502 {
503         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
504         int max_contig = 0;
505         int i, off;
506
507         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
508                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
509                 int head, tail;
510
511                 /* extra for alignment requirement */
512                 head = ALIGN(off, align) - off;
513                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
514
515                 if (chunk->map[i] < 0)
516                         continue;
517                 if (chunk->map[i] < head + size) {
518                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
519                         continue;
520                 }
521
522                 /*
523                  * If head is small or the previous block is free,
524                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
525                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
526                  * uncommon for percpu allocations.
527                  */
528                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
529                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
530                                 chunk->map[i - 1] += head;
531                         else {
532                                 chunk->map[i - 1] -= head;
533                                 chunk->free_size -= head;
534                         }
535                         chunk->map[i] -= head;
536                         off += head;
537                         head = 0;
538                 }
539
540                 /* if tail is small, just keep it around */
541                 tail = chunk->map[i] - head - size;
542                 if (tail < sizeof(int))
543                         tail = 0;
544
545                 /* split if warranted */
546                 if (head || tail) {
547                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
548                         if (head) {
549                                 i++;
550                                 off += head;
551                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
552                         }
553                         if (tail)
554                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
555                 }
556
557                 /* update hint and mark allocated */
558                 if (is_last)
559                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
560                 else
561                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
562                                                  max_contig);
563
564                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
565                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
566
567                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
568                 return off;
569         }
570
571         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
572         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
573
574         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
575         return -1;
576 }
577
578 /**
579  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
580  * @chunk: chunk of interest
581  * @freeme: offset of area to free
582  *
583  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
584  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
585  * the area.
586  *
587  * CONTEXT:
588  * pcpu_lock.
589  */
590 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
591 {
592         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
593         int i, off;
594
595         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
596                 if (off == freeme)
597                         break;
598         BUG_ON(off != freeme);
599         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
600
601         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
602         chunk->free_size += chunk->map[i];
603
604         /* merge with previous? */
605         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
606                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
607                 chunk->map_used--;
608                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
609                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
610                 i--;
611         }
612         /* merge with next? */
613         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
614                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
615                 chunk->map_used--;
616                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
617                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
618         }
619
620         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
621         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
622 }
623
624 /**
625  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
626  * @chunk: chunk of interest
627  * @bitmapp: output parameter for bitmap
628  * @may_alloc: may allocate the array
629  *
630  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
631  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
632  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
633  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
634  * and access exclusion is the caller's responsibility.
635  *
636  * CONTEXT:
637  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
638  * Otherwise, don't care.
639  *
640  * RETURNS:
641  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
642  */
643 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
644                                                unsigned long **bitmapp,
645                                                bool may_alloc)
646 {
647         static struct page **pages;
648         static unsigned long *bitmap;
649         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
650         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
651                              sizeof(unsigned long);
652
653         if (!pages || !bitmap) {
654                 if (may_alloc && !pages)
655                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
656                 if (may_alloc && !bitmap)
657                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
658                 if (!pages || !bitmap)
659                         return NULL;
660         }
661
662         memset(pages, 0, pages_size);
663         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
664
665         *bitmapp = bitmap;
666         return pages;
667 }
668
669 /**
670  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
671  * @chunk: chunk pages were allocated for
672  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
673  * @populated: populated bitmap
674  * @page_start: page index of the first page to be freed
675  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
676  *
677  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
678  * The pages were allocated for @chunk.
679  */
680 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
681                             struct page **pages, unsigned long *populated,
682                             int page_start, int page_end)
683 {
684         unsigned int cpu;
685         int i;
686
687         for_each_possible_cpu(cpu) {
688                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
689                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
690
691                         if (page)
692                                 __free_page(page);
693                 }
694         }
695 }
696
697 /**
698  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
699  * @chunk: target chunk
700  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
701  * @populated: populated bitmap
702  * @page_start: page index of the first page to be allocated
703  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
704  *
705  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
706  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
707  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
708  */
709 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
710                             struct page **pages, unsigned long *populated,
711                             int page_start, int page_end)
712 {
713         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
714         unsigned int cpu;
715         int i;
716
717         for_each_possible_cpu(cpu) {
718                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
719                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
720
721                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
722                         if (!*pagep) {
723                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
724                                                 page_start, page_end);
725                                 return -ENOMEM;
726                         }
727                 }
728         }
729         return 0;
730 }
731
732 /**
733  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
734  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
735  * @page_start: page index of the first page to be flushed
736  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
737  *
738  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
739  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
740  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
741  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
742  * scalable.
743  */
744 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
745                                  int page_start, int page_end)
746 {
747         flush_cache_vunmap(
748                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
749                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
750 }
751
752 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
753 {
754         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
755 }
756
757 /**
758  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
759  * @chunk: chunk of interest
760  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
761  * @populated: populated bitmap
762  * @page_start: page index of the first page to unmap
763  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
764  *
765  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
766  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
767  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
768  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
769  * proper pre/post flush functions.
770  */
771 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
772                              struct page **pages, unsigned long *populated,
773                              int page_start, int page_end)
774 {
775         unsigned int cpu;
776         int i;
777
778         for_each_possible_cpu(cpu) {
779                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
780                         struct page *page;
781
782                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
783                         WARN_ON(!page);
784                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
785                 }
786                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
787                                    page_end - page_start);
788         }
789
790         for (i = page_start; i < page_end; i++)
791                 __clear_bit(i, populated);
792 }
793
794 /**
795  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
796  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
797  * @page_start: page index of the first page to be flushed
798  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
799  *
800  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
801  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
802  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
803  *
804  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
805  * for the whole region.
806  */
807 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
808                                       int page_start, int page_end)
809 {
810         flush_tlb_kernel_range(
811                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
812                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
813 }
814
815 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
816                             int nr_pages)
817 {
818         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
819                                         PAGE_KERNEL, pages);
820 }
821
822 /**
823  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
824  * @chunk: chunk of interest
825  * @pages: pages array containing pages to be mapped
826  * @populated: populated bitmap
827  * @page_start: page index of the first page to map
828  * @page_end: page index of the last page to map + 1
829  *
830  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
831  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
832  * mappings are complete.
833  *
834  * This function is responsible for setting corresponding bits in
835  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
836  * lookup (addr -> chunk).
837  */
838 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
839                           struct page **pages, unsigned long *populated,
840                           int page_start, int page_end)
841 {
842         unsigned int cpu, tcpu;
843         int i, err;
844
845         for_each_possible_cpu(cpu) {
846                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
847                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
848                                        page_end - page_start);
849                 if (err < 0)
850                         goto err;
851         }
852
853         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
854         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
855                 for_each_possible_cpu(cpu)
856                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
857                                             chunk);
858                 __set_bit(i, populated);
859         }
860
861         return 0;
862
863 err:
864         for_each_possible_cpu(tcpu) {
865                 if (tcpu == cpu)
866                         break;
867                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
868                                    page_end - page_start);
869         }
870         return err;
871 }
872
873 /**
874  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
875  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
876  * @page_start: page index of the first page to be flushed
877  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
878  *
879  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
880  * cache.
881  *
882  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
883  * for the whole region.
884  */
885 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
886                                 int page_start, int page_end)
887 {
888         flush_cache_vmap(
889                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
890                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
891 }
892
893 /**
894  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
895  * @chunk: chunk to depopulate
896  * @off: offset to the area to depopulate
897  * @size: size of the area to depopulate in bytes
898  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
899  *
900  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
901  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
902  * and tlb after.
903  *
904  * CONTEXT:
905  * pcpu_alloc_mutex.
906  */
907 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
908 {
909         int page_start = PFN_DOWN(off);
910         int page_end = PFN_UP(off + size);
911         struct page **pages;
912         unsigned long *populated;
913         int rs, re;
914
915         /* quick path, check whether it's empty already */
916         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
917                 if (rs == page_start && re == page_end)
918                         return;
919                 break;
920         }
921
922         /* immutable chunks can't be depopulated */
923         WARN_ON(chunk->immutable);
924
925         /*
926          * If control reaches here, there must have been at least one
927          * successful population attempt so the temp pages array must
928          * be available now.
929          */
930         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
931         BUG_ON(!pages);
932
933         /* unmap and free */
934         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
935
936         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
937                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
938
939         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
940
941         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
942                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
943
944         /* commit new bitmap */
945         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
946 }
947
948 /**
949  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
950  * @chunk: chunk of interest
951  * @off: offset to the area to populate
952  * @size: size of the area to populate in bytes
953  *
954  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
955  * @chunk.  The area is cleared on return.
956  *
957  * CONTEXT:
958  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
959  */
960 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
961 {
962         int page_start = PFN_DOWN(off);
963         int page_end = PFN_UP(off + size);
964         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
965         struct page **pages;
966         unsigned long *populated;
967         unsigned int cpu;
968         int rs, re, rc;
969
970         /* quick path, check whether all pages are already there */
971         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
972                 if (rs == page_start && re == page_end)
973                         goto clear;
974                 break;
975         }
976
977         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
978         WARN_ON(chunk->immutable);
979
980         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
981         if (!pages)
982                 return -ENOMEM;
983
984         /* alloc and map */
985         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
986                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
987                 if (rc)
988                         goto err_free;
989                 free_end = re;
990         }
991
992         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
993                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
994                 if (rc)
995                         goto err_unmap;
996                 unmap_end = re;
997         }
998         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
999
1000         /* commit new bitmap */
1001         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
1002 clear:
1003         for_each_possible_cpu(cpu)
1004                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1005         return 0;
1006
1007 err_unmap:
1008         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1009         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
1010                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1011         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1012 err_free:
1013         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
1014                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1015         return rc;
1016 }
1017
1018 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1019 {
1020         if (!chunk)
1021                 return;
1022         if (chunk->vms)
1023                 pcpu_free_vm_areas(chunk->vms, pcpu_nr_groups);
1024         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
1025         kfree(chunk);
1026 }
1027
1028 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
1029 {
1030         struct pcpu_chunk *chunk;
1031
1032         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1033         if (!chunk)
1034                 return NULL;
1035
1036         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1037         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1038         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1039
1040         chunk->vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
1041                                        pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size,
1042                                        GFP_KERNEL);
1043         if (!chunk->vms) {
1044                 free_pcpu_chunk(chunk);
1045                 return NULL;
1046         }
1047
1048         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1049         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1050         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1051         chunk->base_addr = chunk->vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
1052
1053         return chunk;
1054 }
1055
1056 /**
1057  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1058  * @size: size of area to allocate in bytes
1059  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1060  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1061  *
1062  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1063  *
1064  * CONTEXT:
1065  * Does GFP_KERNEL allocation.
1066  *
1067  * RETURNS:
1068  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1069  */
1070 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1071 {
1072         static int warn_limit = 10;
1073         struct pcpu_chunk *chunk;
1074         const char *err;
1075         int slot, off, new_alloc;
1076         unsigned long flags;
1077
1078         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1079                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1080                      "percpu allocation\n", size, align);
1081                 return NULL;
1082         }
1083
1084         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1085         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1086
1087         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1088         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1089                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1090
1091                 if (size > chunk->contig_hint) {
1092                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1093                         goto fail_unlock;
1094                 }
1095
1096                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk))) {
1097                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1098                         if (pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
1099                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
1100                                 goto fail_unlock_mutex;
1101                         }
1102                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1103                 }
1104
1105                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1106                 if (off >= 0)
1107                         goto area_found;
1108
1109                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1110                 goto fail_unlock;
1111         }
1112
1113 restart:
1114         /* search through normal chunks */
1115         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1116                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1117                         if (size > chunk->contig_hint)
1118                                 continue;
1119
1120                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk);
1121                         if (new_alloc) {
1122                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1123                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
1124                                                          new_alloc) < 0) {
1125                                         err = "failed to extend area map";
1126                                         goto fail_unlock_mutex;
1127                                 }
1128                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1129                                 /*
1130                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
1131                                  * restart cpu_slot list walking.
1132                                  */
1133                                 goto restart;
1134                         }
1135
1136                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1137                         if (off >= 0)
1138                                 goto area_found;
1139                 }
1140         }
1141
1142         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1143         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1144
1145         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1146         if (!chunk) {
1147                 err = "failed to allocate new chunk";
1148                 goto fail_unlock_mutex;
1149         }
1150
1151         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1152         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1153         goto restart;
1154
1155 area_found:
1156         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1157
1158         /* populate, map and clear the area */
1159         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1160                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1161                 pcpu_free_area(chunk, off);
1162                 err = "failed to populate";
1163                 goto fail_unlock;
1164         }
1165
1166         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1167
1168         /* return address relative to base address */
1169         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1170
1171 fail_unlock:
1172         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1173 fail_unlock_mutex:
1174         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1175         if (warn_limit) {
1176                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu, "
1177                            "%s\n", size, align, err);
1178                 dump_stack();
1179                 if (!--warn_limit)
1180                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1181         }
1182         return NULL;
1183 }
1184
1185 /**
1186  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1187  * @size: size of area to allocate in bytes
1188  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1189  *
1190  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1191  * sleep.  Might trigger writeouts.
1192  *
1193  * CONTEXT:
1194  * Does GFP_KERNEL allocation.
1195  *
1196  * RETURNS:
1197  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1198  */
1199 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1200 {
1201         return pcpu_alloc(size, align, false);
1202 }
1203 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1204
1205 /**
1206  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1207  * @size: size of area to allocate in bytes
1208  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1209  *
1210  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1211  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1212  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1213  *
1214  * CONTEXT:
1215  * Does GFP_KERNEL allocation.
1216  *
1217  * RETURNS:
1218  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1219  */
1220 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1221 {
1222         return pcpu_alloc(size, align, true);
1223 }
1224
1225 /**
1226  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1227  * @work: unused
1228  *
1229  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1230  *
1231  * CONTEXT:
1232  * workqueue context.
1233  */
1234 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1235 {
1236         LIST_HEAD(todo);
1237         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1238         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1239
1240         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1241         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1242
1243         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1244                 WARN_ON(chunk->immutable);
1245
1246                 /* spare the first one */
1247                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1248                         continue;
1249
1250                 list_move(&chunk->list, &todo);
1251         }
1252
1253         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1254
1255         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1256                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1257                 free_pcpu_chunk(chunk);
1258         }
1259
1260         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1261 }
1262
1263 /**
1264  * free_percpu - free percpu area
1265  * @ptr: pointer to area to free
1266  *
1267  * Free percpu area @ptr.
1268  *
1269  * CONTEXT:
1270  * Can be called from atomic context.
1271  */
1272 void free_percpu(void *ptr)
1273 {
1274         void *addr;
1275         struct pcpu_chunk *chunk;
1276         unsigned long flags;
1277         int off;
1278
1279         if (!ptr)
1280                 return;
1281
1282         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1283
1284         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1285
1286         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1287         off = addr - chunk->base_addr;
1288
1289         pcpu_free_area(chunk, off);
1290
1291         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1292         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1293                 struct pcpu_chunk *pos;
1294
1295                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1296                         if (pos != chunk) {
1297                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1298                                 break;
1299                         }
1300         }
1301
1302         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1303 }
1304 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1305
1306 /**
1307  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1308  * @addr: the address to be converted to physical address
1309  *
1310  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1311  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1312  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1313  * until this function finishes.
1314  *
1315  * RETURNS:
1316  * The physical address for @addr.
1317  */
1318 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1319 {
1320         if ((unsigned long)addr < VMALLOC_START ||
1321                         (unsigned long)addr >= VMALLOC_END)
1322                 return __pa(addr);
1323         else
1324                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr));
1325 }
1326
1327 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1328                                         size_t reserved_size,
1329                                         ssize_t *dyn_sizep)
1330 {
1331         size_t size_sum;
1332
1333         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1334                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1335         if (*dyn_sizep != 0)
1336                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1337
1338         return size_sum;
1339 }
1340
1341 /**
1342  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1343  * @nr_groups: the number of groups
1344  * @nr_units: the number of units
1345  *
1346  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1347  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1348  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1349  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1350  * pointer of other groups.
1351  *
1352  * RETURNS:
1353  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1354  * failure.
1355  */
1356 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1357                                                       int nr_units)
1358 {
1359         struct pcpu_alloc_info *ai;
1360         size_t base_size, ai_size;
1361         void *ptr;
1362         int unit;
1363
1364         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1365                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1366         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1367
1368         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1369         if (!ptr)
1370                 return NULL;
1371         ai = ptr;
1372         ptr += base_size;
1373
1374         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1375
1376         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1377                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1378
1379         ai->nr_groups = nr_groups;
1380         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1381
1382         return ai;
1383 }
1384
1385 /**
1386  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1387  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1388  *
1389  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1390  */
1391 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1392 {
1393         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1394 }
1395
1396 /**
1397  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1398  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1399  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1400  * @atom_size: allocation atom size
1401  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1402  *
1403  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1404  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1405  * atom size and distances between CPUs.
1406  *
1407  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1408  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1409  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1410  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1411  * of allocated virtual address space.
1412  *
1413  * RETURNS:
1414  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1415  * failure, ERR_PTR value is returned.
1416  */
1417 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1418                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1419                                 size_t atom_size,
1420                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1421 {
1422         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1423         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1424         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1425         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1426         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1427         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1428         int last_allocs, group, unit;
1429         unsigned int cpu, tcpu;
1430         struct pcpu_alloc_info *ai;
1431         unsigned int *cpu_map;
1432
1433         /* this function may be called multiple times */
1434         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1435         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_map));
1436
1437         /*
1438          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1439          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1440          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1441          * or larger than min_unit_size.
1442          */
1443         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1444         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1445
1446         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1447         upa = alloc_size / min_unit_size;
1448         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1449                 upa--;
1450         max_upa = upa;
1451
1452         /* group cpus according to their proximity */
1453         for_each_possible_cpu(cpu) {
1454                 group = 0;
1455         next_group:
1456                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1457                         if (cpu == tcpu)
1458                                 break;
1459                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1460                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1461                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1462                                 group++;
1463                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1464                                 goto next_group;
1465                         }
1466                 }
1467                 group_map[cpu] = group;
1468                 group_cnt[group]++;
1469                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1470         }
1471
1472         /*
1473          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1474          * and then as much as possible without using more address
1475          * space.
1476          */
1477         last_allocs = INT_MAX;
1478         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1479                 int allocs = 0, wasted = 0;
1480
1481                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1482                         continue;
1483
1484                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1485                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1486                         allocs += this_allocs;
1487                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1488                 }
1489
1490                 /*
1491                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1492                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1493                  * passes the following check.
1494                  */
1495                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1496                         continue;
1497
1498                 /* and then don't consume more memory */
1499                 if (allocs > last_allocs)
1500                         break;
1501                 last_allocs = allocs;
1502                 best_upa = upa;
1503         }
1504         upa = best_upa;
1505
1506         /* allocate and fill alloc_info */
1507         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1508                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1509
1510         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1511         if (!ai)
1512                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1513         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1514
1515         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1516                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1517                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1518         }
1519
1520         ai->static_size = static_size;
1521         ai->reserved_size = reserved_size;
1522         ai->dyn_size = dyn_size;
1523         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1524         ai->atom_size = atom_size;
1525         ai->alloc_size = alloc_size;
1526
1527         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1528                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1529
1530                 /*
1531                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1532                  * back-to-back.  The caller should update this to
1533                  * reflect actual allocation.
1534                  */
1535                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1536
1537                 for_each_possible_cpu(cpu)
1538                         if (group_map[cpu] == group)
1539                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1540                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1541                 unit += gi->nr_units;
1542         }
1543         BUG_ON(unit != nr_units);
1544
1545         return ai;
1546 }
1547
1548 /**
1549  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1550  * @lvl: loglevel
1551  * @ai: allocation info to dump
1552  *
1553  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1554  */
1555 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1556                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1557 {
1558         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1559         char empty_str[] = "--------";
1560         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1561         int group, v;
1562         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1563
1564         v = ai->nr_groups;
1565         while (v /= 10)
1566                 group_width++;
1567
1568         v = num_possible_cpus();
1569         while (v /= 10)
1570                 cpu_width++;
1571         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1572
1573         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1574         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1575         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1576
1577         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1578                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1579                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1580
1581         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1582                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1583                 int unit = 0, unit_end = 0;
1584
1585                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1586                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1587                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1588                         if (!(alloc % apl)) {
1589                                 printk("\n");
1590                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1591                         }
1592                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1593
1594                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1595                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1596                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1597                                                gi->cpu_map[unit]);
1598                                 else
1599                                         printk("%s ", empty_str);
1600                 }
1601         }
1602         printk("\n");
1603 }
1604
1605 /**
1606  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1607  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1608  * @base_addr: mapped address
1609  *
1610  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1611  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1612  * setup path.
1613  *
1614  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1615  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1616  *
1617  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1618  *
1619  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1620  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1621  * the first chunk such that it's available only through reserved
1622  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1623  * static areas on architectures where the addressing model has
1624  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1625  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1626  *
1627  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1628  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1629  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1630  *
1631  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1632  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1633  * @ai->dyn_size.
1634  *
1635  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1636  * for vm areas.
1637  *
1638  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1639  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1640  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1641  *
1642  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1643  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1644  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1645  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1646  * all units is assumed.
1647  *
1648  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1649  * copied static data to each unit.
1650  *
1651  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1652  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1653  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1654  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1655  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1656  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1657  *
1658  * RETURNS:
1659  * 0 on success, -errno on failure.
1660  */
1661 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1662                                   void *base_addr)
1663 {
1664         static char cpus_buf[4096] __initdata;
1665         static int smap[2], dmap[2];
1666         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1667         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1668         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1669         unsigned long *group_offsets;
1670         size_t *group_sizes;
1671         unsigned long *unit_off;
1672         unsigned int cpu;
1673         int *unit_map;
1674         int group, unit, i;
1675
1676         cpumask_scnprintf(cpus_buf, sizeof(cpus_buf), cpu_possible_mask);
1677
1678 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1679         if (unlikely(cond)) {                                           \
1680                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1681                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%s\n", cpus_buf);   \
1682                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1683                 BUG();                                                  \
1684         }                                                               \
1685 } while (0)
1686
1687         /* sanity checks */
1688         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1689                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1690         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1691         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1692         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1693         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1694         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1695         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1696
1697         /* process group information and build config tables accordingly */
1698         group_offsets = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]));
1699         group_sizes = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]));
1700         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1701         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1702
1703         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1704                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1705         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1706
1707         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1708                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1709
1710                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1711                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1712
1713                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1714                         cpu = gi->cpu_map[i];
1715                         if (cpu == NR_CPUS)
1716                                 continue;
1717
1718                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids);
1719                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1720                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1721
1722                         unit_map[cpu] = unit + i;
1723                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1724
1725                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1726                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1727                 }
1728         }
1729         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1730         pcpu_nr_units = unit;
1731
1732         for_each_possible_cpu(cpu)
1733                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1734
1735         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1736 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1737         pcpu_dump_alloc_info(KERN_INFO, ai);
1738
1739         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1740         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1741         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1742         pcpu_unit_map = unit_map;
1743         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1744
1745         /* determine basic parameters */
1746         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1747         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1748         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1749         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1750                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1751
1752         /*
1753          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1754          * empty chunks.
1755          */
1756         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1757         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1758         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1759                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1760
1761         /*
1762          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1763          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1764          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1765          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1766          * static percpu allocation).
1767          */
1768         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1769         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1770         schunk->base_addr = base_addr;
1771         schunk->map = smap;
1772         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1773         schunk->immutable = true;
1774         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1775
1776         if (ai->reserved_size) {
1777                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1778                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1779                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1780         } else {
1781                 schunk->free_size = dyn_size;
1782                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1783         }
1784         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1785
1786         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1787         if (schunk->free_size)
1788                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1789
1790         /* init dynamic chunk if necessary */
1791         if (dyn_size) {
1792                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1793                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1794                 dchunk->base_addr = base_addr;
1795                 dchunk->map = dmap;
1796                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1797                 dchunk->immutable = true;
1798                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1799
1800                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1801                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1802                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1803         }
1804
1805         /* link the first chunk in */
1806         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1807         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1808
1809         /* we're done */
1810         pcpu_base_addr = base_addr;
1811         return 0;
1812 }
1813
1814 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1815         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1816         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1817         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1818 };
1819
1820 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1821
1822 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1823 {
1824         if (0)
1825                 /* nada */;
1826 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1827         else if (!strcmp(str, "embed"))
1828                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1829 #endif
1830 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1831         else if (!strcmp(str, "page"))
1832                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1833 #endif
1834         else
1835                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1836
1837         return 0;
1838 }
1839 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1840
1841 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1842         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1843 /**
1844  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1845  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1846  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1847  * @atom_size: allocation atom size
1848  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1849  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1850  * @free_fn: funtion to free percpu page
1851  *
1852  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1853  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1854  *
1855  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1856  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1857  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1858  * aligned to @atom_size.
1859  *
1860  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1861  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1862  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1863  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1864  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1865  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1866  *
1867  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1868  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1869  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1870  * and reserved areas.
1871  *
1872  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1873  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1874  *
1875  * RETURNS:
1876  * 0 on success, -errno on failure.
1877  */
1878 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1879                                   size_t atom_size,
1880                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1881                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1882                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1883 {
1884         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1885         void **areas = NULL;
1886         struct pcpu_alloc_info *ai;
1887         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1888         int group, i, rc;
1889
1890         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1891                                    cpu_distance_fn);
1892         if (IS_ERR(ai))
1893                 return PTR_ERR(ai);
1894
1895         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1896         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1897
1898         areas = alloc_bootmem_nopanic(areas_size);
1899         if (!areas) {
1900                 rc = -ENOMEM;
1901                 goto out_free;
1902         }
1903
1904         /* allocate, copy and determine base address */
1905         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1906                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1907                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1908                 void *ptr;
1909
1910                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1911                         cpu = gi->cpu_map[i];
1912                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1913
1914                 /* allocate space for the whole group */
1915                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1916                 if (!ptr) {
1917                         rc = -ENOMEM;
1918                         goto out_free_areas;
1919                 }
1920                 areas[group] = ptr;
1921
1922                 base = min(ptr, base);
1923
1924                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1925                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
1926                                 /* unused unit, free whole */
1927                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
1928                                 continue;
1929                         }
1930                         /* copy and return the unused part */
1931                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1932                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
1933                 }
1934         }
1935
1936         /* base address is now known, determine group base offsets */
1937         max_distance = 0;
1938         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1939                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
1940                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
1941                                      ai->groups[group].base_offset);
1942         }
1943         max_distance += ai->unit_size;
1944
1945         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
1946         if (max_distance > (VMALLOC_END - VMALLOC_START) * 3 / 4) {
1947                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
1948                            "space 0x%lx\n",
1949                            max_distance, VMALLOC_END - VMALLOC_START);
1950 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1951                 /* and fail if we have fallback */
1952                 rc = -EINVAL;
1953                 goto out_free;
1954 #endif
1955         }
1956
1957         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
1958                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
1959                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
1960
1961         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
1962         goto out_free;
1963
1964 out_free_areas:
1965         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
1966                 free_fn(areas[group],
1967                         ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
1968 out_free:
1969         pcpu_free_alloc_info(ai);
1970         if (areas)
1971                 free_bootmem(__pa(areas), areas_size);
1972         return rc;
1973 }
1974 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
1975           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
1976
1977 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1978 /**
1979  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1980  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1981  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1982  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1983  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1984  *
1985  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
1986  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1987  *
1988  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1989  * page-by-page into vmalloc area.
1990  *
1991  * RETURNS:
1992  * 0 on success, -errno on failure.
1993  */
1994 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
1995                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1996                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1997                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1998 {
1999         static struct vm_struct vm;
2000         struct pcpu_alloc_info *ai;
2001         char psize_str[16];
2002         int unit_pages;
2003         size_t pages_size;
2004         struct page **pages;
2005         int unit, i, j, rc;
2006
2007         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2008
2009         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
2010         if (IS_ERR(ai))
2011                 return PTR_ERR(ai);
2012         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2013         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2014
2015         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2016
2017         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2018         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2019                                sizeof(pages[0]));
2020         pages = alloc_bootmem(pages_size);
2021
2022         /* allocate pages */
2023         j = 0;
2024         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2025                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2026                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2027                         void *ptr;
2028
2029                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2030                         if (!ptr) {
2031                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
2032                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
2033                                 goto enomem;
2034                         }
2035                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2036                 }
2037
2038         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2039         vm.flags = VM_ALLOC;
2040         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2041         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2042
2043         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2044                 unsigned long unit_addr =
2045                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2046
2047                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2048                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2049
2050                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2051                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2052                                       unit_pages);
2053                 if (rc < 0)
2054                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2055
2056                 /*
2057                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2058                  * cache for the linear mapping here - something
2059                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2060                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2061                  * data structures are not set up yet.
2062                  */
2063
2064                 /* copy static data */
2065                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2066         }
2067
2068         /* we're ready, commit */
2069         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2070                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2071                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2072
2073         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2074         goto out_free_ar;
2075
2076 enomem:
2077         while (--j >= 0)
2078                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2079         rc = -ENOMEM;
2080 out_free_ar:
2081         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
2082         pcpu_free_alloc_info(ai);
2083         return rc;
2084 }
2085 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
2086
2087 /*
2088  * Generic percpu area setup.
2089  *
2090  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2091  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2092  * important because many archs have addressing restrictions and might
2093  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2094  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2095  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2096  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2097  * mappings on applicable archs.
2098  */
2099 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2100 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2101 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2102
2103 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2104                                        size_t align)
2105 {
2106         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2107 }
2108
2109 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2110 {
2111         free_bootmem(__pa(ptr), size);
2112 }
2113
2114 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2115 {
2116         unsigned long delta;
2117         unsigned int cpu;
2118         int rc;
2119
2120         /*
2121          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2122          * what the legacy allocator did.
2123          */
2124         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2125                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2126                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2127         if (rc < 0)
2128                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2129
2130         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2131         for_each_possible_cpu(cpu)
2132                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2133 }
2134 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */