3d0f5456827c0bf77ca4476c0096243cf0ef70b9
[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 num_possible_cpus() units and the first chunk
12  * is used for static percpu variables in the kernel image (special
13  * boot time alloc/init handling necessary as these areas need to be
14  * brought up before allocation services are running).  Unit grows as
15  * necessary and all units grow or shrink in unison.  When a chunk is
16  * filled up, another chunk is allocated.  ie. in vmalloc area
17  *
18  *  c0                           c1                         c2
19  *  -------------------          -------------------        ------------
20  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
21  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
22  *
23  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
24  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
25  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  Percpu access can be done by configuring
26  * percpu base registers UNIT_SIZE apart.
27  *
28  * There are usually many small percpu allocations many of them as
29  * small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
30  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
31  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
32  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
33  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
34  * chunk maps unnecessarily.
35  *
36  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
37  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
38  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
39  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
40  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
41  * Chunks are also linked into a rb tree to ease address to chunk
42  * mapping during free.
43  *
44  * To use this allocator, arch code should do the followings.
45  *
46  * - define CONFIG_HAVE_DYNAMIC_PER_CPU_AREA
47  *
48  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
49  *   regular address to percpu pointer and back
50  *
51  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
52  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
53  */
54
55 #include <linux/bitmap.h>
56 #include <linux/bootmem.h>
57 #include <linux/list.h>
58 #include <linux/mm.h>
59 #include <linux/module.h>
60 #include <linux/mutex.h>
61 #include <linux/percpu.h>
62 #include <linux/pfn.h>
63 #include <linux/rbtree.h>
64 #include <linux/slab.h>
65 #include <linux/vmalloc.h>
66
67 #include <asm/cacheflush.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69
70 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
71 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
72
73 struct pcpu_chunk {
74         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
75         struct rb_node          rb_node;        /* key is chunk->vm->addr */
76         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
77         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
78         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
79         int                     map_used;       /* # of map entries used */
80         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
81         int                     *map;           /* allocation map */
82         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
83         struct page             *page[];        /* #cpus * UNIT_PAGES */
84 };
85
86 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
87 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
88 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
89 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
90 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
91
92 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
93 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
94 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
95
96 /* the size of kernel static area */
97 static int pcpu_static_size __read_mostly;
98
99 /*
100  * One mutex to rule them all.
101  *
102  * The following mutex is grabbed in the outermost public alloc/free
103  * interface functions and released only when the operation is
104  * complete.  As such, every function in this file other than the
105  * outermost functions are called under pcpu_mutex.
106  *
107  * It can easily be switched to use spinlock such that only the area
108  * allocation and page population commit are protected with it doing
109  * actual [de]allocation without holding any lock.  However, given
110  * what this allocator does, I think it's better to let them run
111  * sequentially.
112  */
113 static DEFINE_MUTEX(pcpu_mutex);
114
115 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
116 static struct rb_root pcpu_addr_root = RB_ROOT; /* chunks by address */
117
118 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
119 {
120         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
121         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
122 }
123
124 static int pcpu_size_to_slot(int size)
125 {
126         if (size == pcpu_unit_size)
127                 return pcpu_nr_slots - 1;
128         return __pcpu_size_to_slot(size);
129 }
130
131 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
132 {
133         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
134                 return 0;
135
136         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
137 }
138
139 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
140 {
141         return cpu * pcpu_unit_pages + page_idx;
142 }
143
144 static struct page **pcpu_chunk_pagep(struct pcpu_chunk *chunk,
145                                       unsigned int cpu, int page_idx)
146 {
147         return &chunk->page[pcpu_page_idx(cpu, page_idx)];
148 }
149
150 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
151                                      unsigned int cpu, int page_idx)
152 {
153         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
154                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
155 }
156
157 static bool pcpu_chunk_page_occupied(struct pcpu_chunk *chunk,
158                                      int page_idx)
159 {
160         return *pcpu_chunk_pagep(chunk, 0, page_idx) != NULL;
161 }
162
163 /**
164  * pcpu_realloc - versatile realloc
165  * @p: the current pointer (can be NULL for new allocations)
166  * @size: the current size in bytes (can be 0 for new allocations)
167  * @new_size: the wanted new size in bytes (can be 0 for free)
168  *
169  * More robust realloc which can be used to allocate, resize or free a
170  * memory area of arbitrary size.  If the needed size goes over
171  * PAGE_SIZE, kernel VM is used.
172  *
173  * RETURNS:
174  * The new pointer on success, NULL on failure.
175  */
176 static void *pcpu_realloc(void *p, size_t size, size_t new_size)
177 {
178         void *new;
179
180         if (new_size <= PAGE_SIZE)
181                 new = kmalloc(new_size, GFP_KERNEL);
182         else
183                 new = vmalloc(new_size);
184         if (new_size && !new)
185                 return NULL;
186
187         memcpy(new, p, min(size, new_size));
188         if (new_size > size)
189                 memset(new + size, 0, new_size - size);
190
191         if (size <= PAGE_SIZE)
192                 kfree(p);
193         else
194                 vfree(p);
195
196         return new;
197 }
198
199 /**
200  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
201  * @chunk: chunk of interest
202  * @oslot: the previous slot it was on
203  *
204  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
205  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
206  * moved to the slot.
207  */
208 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
209 {
210         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
211
212         if (oslot != nslot) {
213                 if (oslot < nslot)
214                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
215                 else
216                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
217         }
218 }
219
220 static struct rb_node **pcpu_chunk_rb_search(void *addr,
221                                              struct rb_node **parentp)
222 {
223         struct rb_node **p = &pcpu_addr_root.rb_node;
224         struct rb_node *parent = NULL;
225         struct pcpu_chunk *chunk;
226
227         while (*p) {
228                 parent = *p;
229                 chunk = rb_entry(parent, struct pcpu_chunk, rb_node);
230
231                 if (addr < chunk->vm->addr)
232                         p = &(*p)->rb_left;
233                 else if (addr > chunk->vm->addr)
234                         p = &(*p)->rb_right;
235                 else
236                         break;
237         }
238
239         if (parentp)
240                 *parentp = parent;
241         return p;
242 }
243
244 /**
245  * pcpu_chunk_addr_search - search for chunk containing specified address
246  * @addr: address to search for
247  *
248  * Look for chunk which might contain @addr.  More specifically, it
249  * searchs for the chunk with the highest start address which isn't
250  * beyond @addr.
251  *
252  * RETURNS:
253  * The address of the found chunk.
254  */
255 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
256 {
257         struct rb_node *n, *parent;
258         struct pcpu_chunk *chunk;
259
260         n = *pcpu_chunk_rb_search(addr, &parent);
261         if (!n) {
262                 /* no exactly matching chunk, the parent is the closest */
263                 n = parent;
264                 BUG_ON(!n);
265         }
266         chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
267
268         if (addr < chunk->vm->addr) {
269                 /* the parent was the next one, look for the previous one */
270                 n = rb_prev(n);
271                 BUG_ON(!n);
272                 chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
273         }
274
275         return chunk;
276 }
277
278 /**
279  * pcpu_chunk_addr_insert - insert chunk into address rb tree
280  * @new: chunk to insert
281  *
282  * Insert @new into address rb tree.
283  */
284 static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
285 {
286         struct rb_node **p, *parent;
287
288         p = pcpu_chunk_rb_search(new->vm->addr, &parent);
289         BUG_ON(*p);
290         rb_link_node(&new->rb_node, parent, p);
291         rb_insert_color(&new->rb_node, &pcpu_addr_root);
292 }
293
294 /**
295  * pcpu_split_block - split a map block
296  * @chunk: chunk of interest
297  * @i: index of map block to split
298  * @head: head size in bytes (can be 0)
299  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
300  *
301  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
302  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
303  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
304  *
305  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
306  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
307  * is inserted after the target block.
308  *
309  * RETURNS:
310  * 0 on success, -errno on failure.
311  */
312 static int pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i, int head, int tail)
313 {
314         int nr_extra = !!head + !!tail;
315         int target = chunk->map_used + nr_extra;
316
317         /* reallocation required? */
318         if (chunk->map_alloc < target) {
319                 int new_alloc = chunk->map_alloc;
320                 int *new;
321
322                 while (new_alloc < target)
323                         new_alloc *= 2;
324
325                 new = pcpu_realloc(chunk->map,
326                                    chunk->map_alloc * sizeof(new[0]),
327                                    new_alloc * sizeof(new[0]));
328                 if (!new)
329                         return -ENOMEM;
330
331                 chunk->map_alloc = new_alloc;
332                 chunk->map = new;
333         }
334
335         /* insert a new subblock */
336         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
337                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
338         chunk->map_used += nr_extra;
339
340         if (head) {
341                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
342                 chunk->map[i++] = head;
343         }
344         if (tail) {
345                 chunk->map[i++] -= tail;
346                 chunk->map[i] = tail;
347         }
348         return 0;
349 }
350
351 /**
352  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
353  * @chunk: chunk of interest
354  * @size: wanted size in bytes
355  * @align: wanted align
356  *
357  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
358  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
359  * populate or map the area.
360  *
361  * RETURNS:
362  * Allocated offset in @chunk on success, -errno on failure.
363  */
364 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
365 {
366         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
367         int max_contig = 0;
368         int i, off;
369
370         /*
371          * The static chunk initially doesn't have map attached
372          * because kmalloc wasn't available during init.  Give it one.
373          */
374         if (unlikely(!chunk->map)) {
375                 chunk->map = pcpu_realloc(NULL, 0,
376                                 PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
377                 if (!chunk->map)
378                         return -ENOMEM;
379
380                 chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
381                 chunk->map[chunk->map_used++] = -pcpu_static_size;
382                 if (chunk->free_size)
383                         chunk->map[chunk->map_used++] = chunk->free_size;
384         }
385
386         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
387                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
388                 int head, tail;
389
390                 /* extra for alignment requirement */
391                 head = ALIGN(off, align) - off;
392                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
393
394                 if (chunk->map[i] < 0)
395                         continue;
396                 if (chunk->map[i] < head + size) {
397                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
398                         continue;
399                 }
400
401                 /*
402                  * If head is small or the previous block is free,
403                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
404                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
405                  * uncommon for percpu allocations.
406                  */
407                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
408                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
409                                 chunk->map[i - 1] += head;
410                         else {
411                                 chunk->map[i - 1] -= head;
412                                 chunk->free_size -= head;
413                         }
414                         chunk->map[i] -= head;
415                         off += head;
416                         head = 0;
417                 }
418
419                 /* if tail is small, just keep it around */
420                 tail = chunk->map[i] - head - size;
421                 if (tail < sizeof(int))
422                         tail = 0;
423
424                 /* split if warranted */
425                 if (head || tail) {
426                         if (pcpu_split_block(chunk, i, head, tail))
427                                 return -ENOMEM;
428                         if (head) {
429                                 i++;
430                                 off += head;
431                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
432                         }
433                         if (tail)
434                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
435                 }
436
437                 /* update hint and mark allocated */
438                 if (is_last)
439                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
440                 else
441                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
442                                                  max_contig);
443
444                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
445                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
446
447                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
448                 return off;
449         }
450
451         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
452         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
453
454         /*
455          * Tell the upper layer that this chunk has no area left.
456          * Note that this is not an error condition but a notification
457          * to upper layer that it needs to look at other chunks.
458          * -ENOSPC is chosen as it isn't used in memory subsystem and
459          * matches the meaning in a way.
460          */
461         return -ENOSPC;
462 }
463
464 /**
465  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
466  * @chunk: chunk of interest
467  * @freeme: offset of area to free
468  *
469  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
470  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
471  * the area.
472  */
473 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
474 {
475         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
476         int i, off;
477
478         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
479                 if (off == freeme)
480                         break;
481         BUG_ON(off != freeme);
482         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
483
484         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
485         chunk->free_size += chunk->map[i];
486
487         /* merge with previous? */
488         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
489                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
490                 chunk->map_used--;
491                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
492                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
493                 i--;
494         }
495         /* merge with next? */
496         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
497                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
498                 chunk->map_used--;
499                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
500                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
501         }
502
503         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
504         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
505 }
506
507 /**
508  * pcpu_unmap - unmap pages out of a pcpu_chunk
509  * @chunk: chunk of interest
510  * @page_start: page index of the first page to unmap
511  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
512  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
513  *
514  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
515  * If @flush is true, vcache is flushed before unmapping and tlb
516  * after.
517  */
518 static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
519                        bool flush)
520 {
521         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
522         unsigned int cpu;
523
524         /* unmap must not be done on immutable chunk */
525         WARN_ON(chunk->immutable);
526
527         /*
528          * Each flushing trial can be very expensive, issue flush on
529          * the whole region at once rather than doing it for each cpu.
530          * This could be an overkill but is more scalable.
531          */
532         if (flush)
533                 flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
534                                    pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
535
536         for_each_possible_cpu(cpu)
537                 unmap_kernel_range_noflush(
538                                 pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
539                                 (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT);
540
541         /* ditto as flush_cache_vunmap() */
542         if (flush)
543                 flush_tlb_kernel_range(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
544                                        pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
545 }
546
547 /**
548  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
549  * @chunk: chunk to depopulate
550  * @off: offset to the area to depopulate
551  * @size: size of the area to depopulate in bytes
552  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
553  *
554  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
555  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
556  * and tlb after.
557  */
558 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size,
559                                   bool flush)
560 {
561         int page_start = PFN_DOWN(off);
562         int page_end = PFN_UP(off + size);
563         int unmap_start = -1;
564         int uninitialized_var(unmap_end);
565         unsigned int cpu;
566         int i;
567
568         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
569                 for_each_possible_cpu(cpu) {
570                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
571
572                         if (!*pagep)
573                                 continue;
574
575                         __free_page(*pagep);
576
577                         /*
578                          * If it's partial depopulation, it might get
579                          * populated or depopulated again.  Mark the
580                          * page gone.
581                          */
582                         *pagep = NULL;
583
584                         unmap_start = unmap_start < 0 ? i : unmap_start;
585                         unmap_end = i + 1;
586                 }
587         }
588
589         if (unmap_start >= 0)
590                 pcpu_unmap(chunk, unmap_start, unmap_end, flush);
591 }
592
593 /**
594  * pcpu_map - map pages into a pcpu_chunk
595  * @chunk: chunk of interest
596  * @page_start: page index of the first page to map
597  * @page_end: page index of the last page to map + 1
598  *
599  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.
600  * vcache is flushed afterwards.
601  */
602 static int pcpu_map(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end)
603 {
604         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
605         unsigned int cpu;
606         int err;
607
608         /* map must not be done on immutable chunk */
609         WARN_ON(chunk->immutable);
610
611         for_each_possible_cpu(cpu) {
612                 err = map_kernel_range_noflush(
613                                 pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
614                                 (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT,
615                                 PAGE_KERNEL,
616                                 pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, page_start));
617                 if (err < 0)
618                         return err;
619         }
620
621         /* flush at once, please read comments in pcpu_unmap() */
622         flush_cache_vmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
623                          pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
624         return 0;
625 }
626
627 /**
628  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
629  * @chunk: chunk of interest
630  * @off: offset to the area to populate
631  * @size: size of the area to populate in bytes
632  *
633  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
634  * @chunk.  The area is cleared on return.
635  */
636 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
637 {
638         const gfp_t alloc_mask = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
639         int page_start = PFN_DOWN(off);
640         int page_end = PFN_UP(off + size);
641         int map_start = -1;
642         int uninitialized_var(map_end);
643         unsigned int cpu;
644         int i;
645
646         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
647                 if (pcpu_chunk_page_occupied(chunk, i)) {
648                         if (map_start >= 0) {
649                                 if (pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
650                                         goto err;
651                                 map_start = -1;
652                         }
653                         continue;
654                 }
655
656                 map_start = map_start < 0 ? i : map_start;
657                 map_end = i + 1;
658
659                 for_each_possible_cpu(cpu) {
660                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
661
662                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu),
663                                                   alloc_mask, 0);
664                         if (!*pagep)
665                                 goto err;
666                 }
667         }
668
669         if (map_start >= 0 && pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
670                 goto err;
671
672         for_each_possible_cpu(cpu)
673                 memset(chunk->vm->addr + cpu * pcpu_unit_size + off, 0,
674                        size);
675
676         return 0;
677 err:
678         /* likely under heavy memory pressure, give memory back */
679         pcpu_depopulate_chunk(chunk, off, size, true);
680         return -ENOMEM;
681 }
682
683 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
684 {
685         if (!chunk)
686                 return;
687         if (chunk->vm)
688                 free_vm_area(chunk->vm);
689         pcpu_realloc(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]), 0);
690         kfree(chunk);
691 }
692
693 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
694 {
695         struct pcpu_chunk *chunk;
696
697         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
698         if (!chunk)
699                 return NULL;
700
701         chunk->map = pcpu_realloc(NULL, 0,
702                                   PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
703         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
704         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
705
706         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
707         if (!chunk->vm) {
708                 free_pcpu_chunk(chunk);
709                 return NULL;
710         }
711
712         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
713         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
714         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
715
716         return chunk;
717 }
718
719 /**
720  * __alloc_percpu - allocate percpu area
721  * @size: size of area to allocate in bytes
722  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
723  *
724  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
725  * sleep.  Might trigger writeouts.
726  *
727  * RETURNS:
728  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
729  */
730 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
731 {
732         void *ptr = NULL;
733         struct pcpu_chunk *chunk;
734         int slot, off;
735
736         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
737                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
738                      "percpu allocation\n", size, align);
739                 return NULL;
740         }
741
742         mutex_lock(&pcpu_mutex);
743
744         /* allocate area */
745         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
746                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
747                         if (size > chunk->contig_hint)
748                                 continue;
749                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
750                         if (off >= 0)
751                                 goto area_found;
752                         if (off != -ENOSPC)
753                                 goto out_unlock;
754                 }
755         }
756
757         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
758         chunk = alloc_pcpu_chunk();
759         if (!chunk)
760                 goto out_unlock;
761         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
762         pcpu_chunk_addr_insert(chunk);
763
764         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
765         if (off < 0)
766                 goto out_unlock;
767
768 area_found:
769         /* populate, map and clear the area */
770         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
771                 pcpu_free_area(chunk, off);
772                 goto out_unlock;
773         }
774
775         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
776 out_unlock:
777         mutex_unlock(&pcpu_mutex);
778         return ptr;
779 }
780 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
781
782 static void pcpu_kill_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
783 {
784         WARN_ON(chunk->immutable);
785         pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size, false);
786         list_del(&chunk->list);
787         rb_erase(&chunk->rb_node, &pcpu_addr_root);
788         free_pcpu_chunk(chunk);
789 }
790
791 /**
792  * free_percpu - free percpu area
793  * @ptr: pointer to area to free
794  *
795  * Free percpu area @ptr.  Might sleep.
796  */
797 void free_percpu(void *ptr)
798 {
799         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
800         struct pcpu_chunk *chunk;
801         int off;
802
803         if (!ptr)
804                 return;
805
806         mutex_lock(&pcpu_mutex);
807
808         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
809         off = addr - chunk->vm->addr;
810
811         pcpu_free_area(chunk, off);
812
813         /* the chunk became fully free, kill one if there are other free ones */
814         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
815                 struct pcpu_chunk *pos;
816
817                 list_for_each_entry(pos,
818                                     &pcpu_slot[pcpu_chunk_slot(chunk)], list)
819                         if (pos != chunk) {
820                                 pcpu_kill_chunk(pos);
821                                 break;
822                         }
823         }
824
825         mutex_unlock(&pcpu_mutex);
826 }
827 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
828
829 /**
830  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
831  * @get_page_fn: callback to fetch page pointer
832  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
833  * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, 0 for auto
834  * @free_size: free size in bytes, 0 for auto
835  * @base_addr: mapped address, NULL for auto
836  * @populate_pte_fn: callback to allocate pagetable, NULL if unnecessary
837  *
838  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
839  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
840  * setup path.  The first two parameters are mandatory.  The rest are
841  * optional.
842  *
843  * @get_page_fn() should return pointer to percpu page given cpu
844  * number and page number.  It should at least return enough pages to
845  * cover the static area.  The returned pages for static area should
846  * have been initialized with valid data.  If @unit_size is specified,
847  * it can also return pages after the static area.  NULL return
848  * indicates end of pages for the cpu.  Note that @get_page_fn() must
849  * return the same number of pages for all cpus.
850  *
851  * @unit_size, if non-zero, determines unit size and must be aligned
852  * to PAGE_SIZE and equal to or larger than @static_size + @free_size.
853  *
854  * @free_size determines the number of free bytes after the static
855  * area in the first chunk.  If zero, whatever left is available.
856  * Specifying non-zero value make percpu leave the area after
857  * @static_size + @free_size alone.
858  *
859  * Non-null @base_addr means that the caller already allocated virtual
860  * region for the first chunk and mapped it.  percpu must not mess
861  * with the chunk.  Note that @base_addr with 0 @unit_size or non-NULL
862  * @populate_pte_fn doesn't make any sense.
863  *
864  * @populate_pte_fn is used to populate the pagetable.  NULL means the
865  * caller already populated the pagetable.
866  *
867  * RETURNS:
868  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
869  * percpu access.
870  */
871 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
872                                      size_t static_size, size_t unit_size,
873                                      size_t free_size, void *base_addr,
874                                      pcpu_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
875 {
876         static struct vm_struct static_vm;
877         struct pcpu_chunk *static_chunk;
878         unsigned int cpu;
879         int nr_pages;
880         int err, i;
881
882         /* santiy checks */
883         BUG_ON(!static_size);
884         BUG_ON(!unit_size && free_size);
885         BUG_ON(unit_size && unit_size < static_size + free_size);
886         BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
887         BUG_ON(base_addr && !unit_size);
888         BUG_ON(base_addr && populate_pte_fn);
889
890         if (unit_size)
891                 pcpu_unit_pages = unit_size >> PAGE_SHIFT;
892         else
893                 pcpu_unit_pages = max_t(int, PCPU_MIN_UNIT_SIZE >> PAGE_SHIFT,
894                                         PFN_UP(static_size));
895
896         pcpu_static_size = static_size;
897         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
898         pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
899         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk)
900                 + num_possible_cpus() * pcpu_unit_pages * sizeof(struct page *);
901
902         /*
903          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
904          * empty chunks.
905          */
906         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
907         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
908         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
909                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
910
911         /* init static_chunk */
912         static_chunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
913         INIT_LIST_HEAD(&static_chunk->list);
914         static_chunk->vm = &static_vm;
915
916         if (free_size)
917                 static_chunk->free_size = free_size;
918         else
919                 static_chunk->free_size = pcpu_unit_size - pcpu_static_size;
920
921         static_chunk->contig_hint = static_chunk->free_size;
922
923         /* allocate vm address */
924         static_vm.flags = VM_ALLOC;
925         static_vm.size = pcpu_chunk_size;
926
927         if (!base_addr)
928                 vm_area_register_early(&static_vm, PAGE_SIZE);
929         else {
930                 /*
931                  * Pages already mapped.  No need to remap into
932                  * vmalloc area.  In this case the static chunk can't
933                  * be mapped or unmapped by percpu and is marked
934                  * immutable.
935                  */
936                 static_vm.addr = base_addr;
937                 static_chunk->immutable = true;
938         }
939
940         /* assign pages */
941         nr_pages = -1;
942         for_each_possible_cpu(cpu) {
943                 for (i = 0; i < pcpu_unit_pages; i++) {
944                         struct page *page = get_page_fn(cpu, i);
945
946                         if (!page)
947                                 break;
948                         *pcpu_chunk_pagep(static_chunk, cpu, i) = page;
949                 }
950
951                 BUG_ON(i < PFN_UP(pcpu_static_size));
952
953                 if (nr_pages < 0)
954                         nr_pages = i;
955                 else
956                         BUG_ON(nr_pages != i);
957         }
958
959         /* map them */
960         if (populate_pte_fn) {
961                 for_each_possible_cpu(cpu)
962                         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
963                                 populate_pte_fn(pcpu_chunk_addr(static_chunk,
964                                                                 cpu, i));
965
966                 err = pcpu_map(static_chunk, 0, nr_pages);
967                 if (err)
968                         panic("failed to setup static percpu area, err=%d\n",
969                               err);
970         }
971
972         /* link static_chunk in */
973         pcpu_chunk_relocate(static_chunk, -1);
974         pcpu_chunk_addr_insert(static_chunk);
975
976         /* we're done */
977         pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(static_chunk, 0, 0);
978         return pcpu_unit_size;
979 }