548624309f83ea46b01c2badb77cb18bb909ec6c
[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  * - drop CONFIG_HAVE_LEGACY_PER_CPU_AREA
50  *
51  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
52  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
53  *   different from the default
54  *
55  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
56  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
57  */
58
59 #include <linux/bitmap.h>
60 #include <linux/bootmem.h>
61 #include <linux/err.h>
62 #include <linux/list.h>
63 #include <linux/log2.h>
64 #include <linux/mm.h>
65 #include <linux/module.h>
66 #include <linux/mutex.h>
67 #include <linux/percpu.h>
68 #include <linux/pfn.h>
69 #include <linux/slab.h>
70 #include <linux/spinlock.h>
71 #include <linux/vmalloc.h>
72 #include <linux/workqueue.h>
73
74 #include <asm/cacheflush.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77
78 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
79 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
80
81 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
82 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
83 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
84         (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
85                  + (unsigned long)__per_cpu_start)
86 #endif
87 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
88 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
89         (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
90                  - (unsigned long)__per_cpu_start)
91 #endif
92
93 struct pcpu_chunk {
94         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
95         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
96         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
97         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
98         int                     map_used;       /* # of map entries used */
99         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
100         int                     *map;           /* allocation map */
101         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
102         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
103         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
104 };
105
106 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
107 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
108 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
109 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
110 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
111 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
112
113 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
114 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
115 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
116
117 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
118 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
119 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
120
121 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
122 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
123
124 /*
125  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
126  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
127  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
128  */
129 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
130
131 /*
132  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
133  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
134  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
135  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
136  * respectively.
137  */
138 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
139 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
140
141 /*
142  * Synchronization rules.
143  *
144  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
145  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
146  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
147  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
148  *
149  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
150  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
151  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
152  *
153  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
154  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
155  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
156  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
157  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
158  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
159  * allocation path might be referencing the chunk with only
160  * pcpu_alloc_mutex locked.
161  */
162 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
163 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
164
165 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
166
167 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
168 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
169 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
170
171 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
172 {
173         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
174         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
175 }
176
177 static int pcpu_size_to_slot(int size)
178 {
179         if (size == pcpu_unit_size)
180                 return pcpu_nr_slots - 1;
181         return __pcpu_size_to_slot(size);
182 }
183
184 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
185 {
186         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
187                 return 0;
188
189         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
190 }
191
192 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
193 {
194         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
195 }
196
197 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
198                                      unsigned int cpu, int page_idx)
199 {
200         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
201                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
202 }
203
204 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
205                                     unsigned int cpu, int page_idx)
206 {
207         /* must not be used on pre-mapped chunk */
208         WARN_ON(chunk->immutable);
209
210         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
211 }
212
213 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
214 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
215 {
216         page->index = (unsigned long)pcpu;
217 }
218
219 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
220 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
221 {
222         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
223 }
224
225 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
226 {
227         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
228         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
229 }
230
231 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
232 {
233         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
234         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
235 }
236
237 /*
238  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
239  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
240  * be integer variables and will be set to start and end page index of
241  * the current region.
242  */
243 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
244         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
245              (rs) < (re);                                                   \
246              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
247
248 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
249         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
250              (rs) < (re);                                                   \
251              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
252
253 /**
254  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
255  * @size: bytes to allocate
256  *
257  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
258  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
259  * memory is always zeroed.
260  *
261  * CONTEXT:
262  * Does GFP_KERNEL allocation.
263  *
264  * RETURNS:
265  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
266  */
267 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
268 {
269         if (size <= PAGE_SIZE)
270                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
271         else {
272                 void *ptr = vmalloc(size);
273                 if (ptr)
274                         memset(ptr, 0, size);
275                 return ptr;
276         }
277 }
278
279 /**
280  * pcpu_mem_free - free memory
281  * @ptr: memory to free
282  * @size: size of the area
283  *
284  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
285  */
286 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
287 {
288         if (size <= PAGE_SIZE)
289                 kfree(ptr);
290         else
291                 vfree(ptr);
292 }
293
294 /**
295  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
296  * @chunk: chunk of interest
297  * @oslot: the previous slot it was on
298  *
299  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
300  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
301  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
302  * chunk slots.
303  *
304  * CONTEXT:
305  * pcpu_lock.
306  */
307 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
308 {
309         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
310
311         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
312                 if (oslot < nslot)
313                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
314                 else
315                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
316         }
317 }
318
319 /**
320  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
321  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
322  *
323  * RETURNS:
324  * The address of the found chunk.
325  */
326 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
327 {
328         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
329
330         /* is it in the first chunk? */
331         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
332                 /* is it in the reserved area? */
333                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
334                         return pcpu_reserved_chunk;
335                 return pcpu_first_chunk;
336         }
337
338         /*
339          * The address is relative to unit0 which might be unused and
340          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
341          * current processor before looking it up in the vmalloc
342          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
343          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
344          */
345         addr += pcpu_unit_offsets[smp_processor_id()];
346         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
347 }
348
349 /**
350  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
351  * @chunk: target chunk
352  *
353  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
354  * A single allocation can split an area into three areas, so this
355  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
356  *
357  * CONTEXT:
358  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
359  * if area map is extended.
360  *
361  * RETURNS:
362  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
363  */
364 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
365 {
366         int new_alloc;
367         int *new;
368         size_t size;
369
370         /* has enough? */
371         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
372                 return 0;
373
374         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
375
376         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
377         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
378                 new_alloc *= 2;
379
380         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
381         if (!new) {
382                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
383                 return -ENOMEM;
384         }
385
386         /*
387          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
388          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
389          * grown.
390          */
391         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
392         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
393
394         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
395         memcpy(new, chunk->map, size);
396
397         /*
398          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
399          * one of the first chunks and still using static map.
400          */
401         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
402                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
403
404         chunk->map_alloc = new_alloc;
405         chunk->map = new;
406         return 0;
407 }
408
409 /**
410  * pcpu_split_block - split a map block
411  * @chunk: chunk of interest
412  * @i: index of map block to split
413  * @head: head size in bytes (can be 0)
414  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
415  *
416  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
417  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
418  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
419  *
420  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
421  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
422  * is inserted after the target block.
423  *
424  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
425  *
426  * CONTEXT:
427  * pcpu_lock.
428  */
429 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
430                              int head, int tail)
431 {
432         int nr_extra = !!head + !!tail;
433
434         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
435
436         /* insert new subblocks */
437         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
438                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
439         chunk->map_used += nr_extra;
440
441         if (head) {
442                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
443                 chunk->map[i++] = head;
444         }
445         if (tail) {
446                 chunk->map[i++] -= tail;
447                 chunk->map[i] = tail;
448         }
449 }
450
451 /**
452  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
453  * @chunk: chunk of interest
454  * @size: wanted size in bytes
455  * @align: wanted align
456  *
457  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
458  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
459  * populate or map the area.
460  *
461  * @chunk->map must have at least two free slots.
462  *
463  * CONTEXT:
464  * pcpu_lock.
465  *
466  * RETURNS:
467  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
468  * found.
469  */
470 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
471 {
472         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
473         int max_contig = 0;
474         int i, off;
475
476         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
477                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
478                 int head, tail;
479
480                 /* extra for alignment requirement */
481                 head = ALIGN(off, align) - off;
482                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
483
484                 if (chunk->map[i] < 0)
485                         continue;
486                 if (chunk->map[i] < head + size) {
487                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
488                         continue;
489                 }
490
491                 /*
492                  * If head is small or the previous block is free,
493                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
494                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
495                  * uncommon for percpu allocations.
496                  */
497                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
498                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
499                                 chunk->map[i - 1] += head;
500                         else {
501                                 chunk->map[i - 1] -= head;
502                                 chunk->free_size -= head;
503                         }
504                         chunk->map[i] -= head;
505                         off += head;
506                         head = 0;
507                 }
508
509                 /* if tail is small, just keep it around */
510                 tail = chunk->map[i] - head - size;
511                 if (tail < sizeof(int))
512                         tail = 0;
513
514                 /* split if warranted */
515                 if (head || tail) {
516                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
517                         if (head) {
518                                 i++;
519                                 off += head;
520                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
521                         }
522                         if (tail)
523                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
524                 }
525
526                 /* update hint and mark allocated */
527                 if (is_last)
528                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
529                 else
530                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
531                                                  max_contig);
532
533                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
534                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
535
536                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
537                 return off;
538         }
539
540         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
541         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
542
543         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
544         return -1;
545 }
546
547 /**
548  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
549  * @chunk: chunk of interest
550  * @freeme: offset of area to free
551  *
552  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
553  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
554  * the area.
555  *
556  * CONTEXT:
557  * pcpu_lock.
558  */
559 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
560 {
561         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
562         int i, off;
563
564         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
565                 if (off == freeme)
566                         break;
567         BUG_ON(off != freeme);
568         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
569
570         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
571         chunk->free_size += chunk->map[i];
572
573         /* merge with previous? */
574         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
575                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
576                 chunk->map_used--;
577                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
578                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
579                 i--;
580         }
581         /* merge with next? */
582         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
583                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
584                 chunk->map_used--;
585                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
586                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
587         }
588
589         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
590         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
591 }
592
593 /**
594  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
595  * @chunk: chunk of interest
596  * @bitmapp: output parameter for bitmap
597  * @may_alloc: may allocate the array
598  *
599  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
600  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
601  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
602  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
603  * and access exclusion is the caller's responsibility.
604  *
605  * CONTEXT:
606  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
607  * Otherwise, don't care.
608  *
609  * RETURNS:
610  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
611  */
612 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
613                                                unsigned long **bitmapp,
614                                                bool may_alloc)
615 {
616         static struct page **pages;
617         static unsigned long *bitmap;
618         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
619         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
620                              sizeof(unsigned long);
621
622         if (!pages || !bitmap) {
623                 if (may_alloc && !pages)
624                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
625                 if (may_alloc && !bitmap)
626                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
627                 if (!pages || !bitmap)
628                         return NULL;
629         }
630
631         memset(pages, 0, pages_size);
632         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
633
634         *bitmapp = bitmap;
635         return pages;
636 }
637
638 /**
639  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
640  * @chunk: chunk pages were allocated for
641  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
642  * @populated: populated bitmap
643  * @page_start: page index of the first page to be freed
644  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
645  *
646  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
647  * The pages were allocated for @chunk.
648  */
649 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
650                             struct page **pages, unsigned long *populated,
651                             int page_start, int page_end)
652 {
653         unsigned int cpu;
654         int i;
655
656         for_each_possible_cpu(cpu) {
657                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
658                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
659
660                         if (page)
661                                 __free_page(page);
662                 }
663         }
664 }
665
666 /**
667  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
668  * @chunk: target chunk
669  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
670  * @populated: populated bitmap
671  * @page_start: page index of the first page to be allocated
672  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
673  *
674  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
675  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
676  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
677  */
678 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
679                             struct page **pages, unsigned long *populated,
680                             int page_start, int page_end)
681 {
682         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
683         unsigned int cpu;
684         int i;
685
686         for_each_possible_cpu(cpu) {
687                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
688                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
689
690                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
691                         if (!*pagep) {
692                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
693                                                 page_start, page_end);
694                                 return -ENOMEM;
695                         }
696                 }
697         }
698         return 0;
699 }
700
701 /**
702  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
703  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
704  * @page_start: page index of the first page to be flushed
705  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
706  *
707  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
708  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
709  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
710  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
711  * scalable.
712  */
713 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
714                                  int page_start, int page_end)
715 {
716         flush_cache_vunmap(
717                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
718                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
719 }
720
721 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
722 {
723         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
724 }
725
726 /**
727  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
728  * @chunk: chunk of interest
729  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
730  * @populated: populated bitmap
731  * @page_start: page index of the first page to unmap
732  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
733  *
734  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
735  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
736  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
737  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
738  * proper pre/post flush functions.
739  */
740 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
741                              struct page **pages, unsigned long *populated,
742                              int page_start, int page_end)
743 {
744         unsigned int cpu;
745         int i;
746
747         for_each_possible_cpu(cpu) {
748                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
749                         struct page *page;
750
751                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
752                         WARN_ON(!page);
753                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
754                 }
755                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
756                                    page_end - page_start);
757         }
758
759         for (i = page_start; i < page_end; i++)
760                 __clear_bit(i, populated);
761 }
762
763 /**
764  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
765  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
766  * @page_start: page index of the first page to be flushed
767  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
768  *
769  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
770  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
771  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
772  *
773  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
774  * for the whole region.
775  */
776 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
777                                       int page_start, int page_end)
778 {
779         flush_tlb_kernel_range(
780                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
781                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
782 }
783
784 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
785                             int nr_pages)
786 {
787         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
788                                         PAGE_KERNEL, pages);
789 }
790
791 /**
792  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
793  * @chunk: chunk of interest
794  * @pages: pages array containing pages to be mapped
795  * @populated: populated bitmap
796  * @page_start: page index of the first page to map
797  * @page_end: page index of the last page to map + 1
798  *
799  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
800  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
801  * mappings are complete.
802  *
803  * This function is responsible for setting corresponding bits in
804  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
805  * lookup (addr -> chunk).
806  */
807 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
808                           struct page **pages, unsigned long *populated,
809                           int page_start, int page_end)
810 {
811         unsigned int cpu, tcpu;
812         int i, err;
813
814         for_each_possible_cpu(cpu) {
815                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
816                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
817                                        page_end - page_start);
818                 if (err < 0)
819                         goto err;
820         }
821
822         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
823         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
824                 for_each_possible_cpu(cpu)
825                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
826                                             chunk);
827                 __set_bit(i, populated);
828         }
829
830         return 0;
831
832 err:
833         for_each_possible_cpu(tcpu) {
834                 if (tcpu == cpu)
835                         break;
836                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
837                                    page_end - page_start);
838         }
839         return err;
840 }
841
842 /**
843  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
844  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
845  * @page_start: page index of the first page to be flushed
846  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
847  *
848  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
849  * cache.
850  *
851  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
852  * for the whole region.
853  */
854 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
855                                 int page_start, int page_end)
856 {
857         flush_cache_vmap(
858                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
859                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
860 }
861
862 /**
863  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
864  * @chunk: chunk to depopulate
865  * @off: offset to the area to depopulate
866  * @size: size of the area to depopulate in bytes
867  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
868  *
869  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
870  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
871  * and tlb after.
872  *
873  * CONTEXT:
874  * pcpu_alloc_mutex.
875  */
876 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
877 {
878         int page_start = PFN_DOWN(off);
879         int page_end = PFN_UP(off + size);
880         struct page **pages;
881         unsigned long *populated;
882         int rs, re;
883
884         /* quick path, check whether it's empty already */
885         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
886                 if (rs == page_start && re == page_end)
887                         return;
888                 break;
889         }
890
891         /* immutable chunks can't be depopulated */
892         WARN_ON(chunk->immutable);
893
894         /*
895          * If control reaches here, there must have been at least one
896          * successful population attempt so the temp pages array must
897          * be available now.
898          */
899         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
900         BUG_ON(!pages);
901
902         /* unmap and free */
903         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
904
905         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
906                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
907
908         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
909
910         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
911                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
912
913         /* commit new bitmap */
914         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
915 }
916
917 /**
918  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
919  * @chunk: chunk of interest
920  * @off: offset to the area to populate
921  * @size: size of the area to populate in bytes
922  *
923  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
924  * @chunk.  The area is cleared on return.
925  *
926  * CONTEXT:
927  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
928  */
929 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
930 {
931         int page_start = PFN_DOWN(off);
932         int page_end = PFN_UP(off + size);
933         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
934         struct page **pages;
935         unsigned long *populated;
936         unsigned int cpu;
937         int rs, re, rc;
938
939         /* quick path, check whether all pages are already there */
940         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
941                 if (rs == page_start && re == page_end)
942                         goto clear;
943                 break;
944         }
945
946         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
947         WARN_ON(chunk->immutable);
948
949         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
950         if (!pages)
951                 return -ENOMEM;
952
953         /* alloc and map */
954         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
955                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
956                 if (rc)
957                         goto err_free;
958                 free_end = re;
959         }
960
961         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
962                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
963                 if (rc)
964                         goto err_unmap;
965                 unmap_end = re;
966         }
967         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
968
969         /* commit new bitmap */
970         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
971 clear:
972         for_each_possible_cpu(cpu)
973                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
974         return 0;
975
976 err_unmap:
977         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
978         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
979                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
980         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
981 err_free:
982         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
983                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
984         return rc;
985 }
986
987 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
988 {
989         if (!chunk)
990                 return;
991         if (chunk->vm)
992                 free_vm_area(chunk->vm);
993         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
994         kfree(chunk);
995 }
996
997 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
998 {
999         struct pcpu_chunk *chunk;
1000
1001         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1002         if (!chunk)
1003                 return NULL;
1004
1005         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1006         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1007         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1008
1009         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, VM_ALLOC);
1010         if (!chunk->vm) {
1011                 free_pcpu_chunk(chunk);
1012                 return NULL;
1013         }
1014
1015         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1016         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1017         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1018         chunk->base_addr = chunk->vm->addr;
1019
1020         return chunk;
1021 }
1022
1023 /**
1024  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1025  * @size: size of area to allocate in bytes
1026  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1027  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1028  *
1029  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1030  *
1031  * CONTEXT:
1032  * Does GFP_KERNEL allocation.
1033  *
1034  * RETURNS:
1035  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1036  */
1037 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1038 {
1039         struct pcpu_chunk *chunk;
1040         int slot, off;
1041
1042         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1043                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1044                      "percpu allocation\n", size, align);
1045                 return NULL;
1046         }
1047
1048         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1049         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1050
1051         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1052         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1053                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1054                 if (size > chunk->contig_hint ||
1055                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
1056                         goto fail_unlock;
1057                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1058                 if (off >= 0)
1059                         goto area_found;
1060                 goto fail_unlock;
1061         }
1062
1063 restart:
1064         /* search through normal chunks */
1065         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1066                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1067                         if (size > chunk->contig_hint)
1068                                 continue;
1069
1070                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1071                         case 0:
1072                                 break;
1073                         case 1:
1074                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1075                         default:
1076                                 goto fail_unlock;
1077                         }
1078
1079                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1080                         if (off >= 0)
1081                                 goto area_found;
1082                 }
1083         }
1084
1085         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1086         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1087
1088         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1089         if (!chunk)
1090                 goto fail_unlock_mutex;
1091
1092         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1093         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1094         goto restart;
1095
1096 area_found:
1097         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1098
1099         /* populate, map and clear the area */
1100         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1101                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1102                 pcpu_free_area(chunk, off);
1103                 goto fail_unlock;
1104         }
1105
1106         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1107
1108         /* return address relative to base address */
1109         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1110
1111 fail_unlock:
1112         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1113 fail_unlock_mutex:
1114         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1115         return NULL;
1116 }
1117
1118 /**
1119  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1120  * @size: size of area to allocate in bytes
1121  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1122  *
1123  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1124  * sleep.  Might trigger writeouts.
1125  *
1126  * CONTEXT:
1127  * Does GFP_KERNEL allocation.
1128  *
1129  * RETURNS:
1130  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1131  */
1132 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1133 {
1134         return pcpu_alloc(size, align, false);
1135 }
1136 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1137
1138 /**
1139  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1140  * @size: size of area to allocate in bytes
1141  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1142  *
1143  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1144  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1145  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1146  *
1147  * CONTEXT:
1148  * Does GFP_KERNEL allocation.
1149  *
1150  * RETURNS:
1151  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1152  */
1153 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1154 {
1155         return pcpu_alloc(size, align, true);
1156 }
1157
1158 /**
1159  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1160  * @work: unused
1161  *
1162  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1163  *
1164  * CONTEXT:
1165  * workqueue context.
1166  */
1167 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1168 {
1169         LIST_HEAD(todo);
1170         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1171         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1172
1173         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1174         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1175
1176         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1177                 WARN_ON(chunk->immutable);
1178
1179                 /* spare the first one */
1180                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1181                         continue;
1182
1183                 list_move(&chunk->list, &todo);
1184         }
1185
1186         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1187
1188         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1189                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1190                 free_pcpu_chunk(chunk);
1191         }
1192
1193         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1194 }
1195
1196 /**
1197  * free_percpu - free percpu area
1198  * @ptr: pointer to area to free
1199  *
1200  * Free percpu area @ptr.
1201  *
1202  * CONTEXT:
1203  * Can be called from atomic context.
1204  */
1205 void free_percpu(void *ptr)
1206 {
1207         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1208         struct pcpu_chunk *chunk;
1209         unsigned long flags;
1210         int off;
1211
1212         if (!ptr)
1213                 return;
1214
1215         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1216
1217         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1218         off = addr - chunk->base_addr;
1219
1220         pcpu_free_area(chunk, off);
1221
1222         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1223         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1224                 struct pcpu_chunk *pos;
1225
1226                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1227                         if (pos != chunk) {
1228                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1229                                 break;
1230                         }
1231         }
1232
1233         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1234 }
1235 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1236
1237 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1238                                         size_t reserved_size,
1239                                         ssize_t *dyn_sizep)
1240 {
1241         size_t size_sum;
1242
1243         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1244                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1245         if (*dyn_sizep != 0)
1246                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1247
1248         return size_sum;
1249 }
1250
1251 /**
1252  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1253  * @nr_groups: the number of groups
1254  * @nr_units: the number of units
1255  *
1256  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1257  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1258  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1259  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1260  * pointer of other groups.
1261  *
1262  * RETURNS:
1263  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1264  * failure.
1265  */
1266 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1267                                                       int nr_units)
1268 {
1269         struct pcpu_alloc_info *ai;
1270         size_t base_size, ai_size;
1271         void *ptr;
1272         int unit;
1273
1274         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1275                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1276         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1277
1278         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1279         if (!ptr)
1280                 return NULL;
1281         ai = ptr;
1282         ptr += base_size;
1283
1284         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1285
1286         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1287                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1288
1289         ai->nr_groups = nr_groups;
1290         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1291
1292         return ai;
1293 }
1294
1295 /**
1296  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1297  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1298  *
1299  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1300  */
1301 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1302 {
1303         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1304 }
1305
1306 /**
1307  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1308  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1309  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1310  * @atom_size: allocation atom size
1311  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1312  *
1313  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1314  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1315  * atom size and distances between CPUs.
1316  *
1317  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1318  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1319  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1320  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1321  * of allocated virtual address space.
1322  *
1323  * RETURNS:
1324  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1325  * failure, ERR_PTR value is returned.
1326  */
1327 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1328                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1329                                 size_t atom_size,
1330                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1331 {
1332         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1333         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1334         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1335         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1336         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1337         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1338         int last_allocs, group, unit;
1339         unsigned int cpu, tcpu;
1340         struct pcpu_alloc_info *ai;
1341         unsigned int *cpu_map;
1342
1343         /*
1344          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1345          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1346          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1347          * or larger than min_unit_size.
1348          */
1349         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1350         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1351
1352         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1353         upa = alloc_size / min_unit_size;
1354         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1355                 upa--;
1356         max_upa = upa;
1357
1358         /* group cpus according to their proximity */
1359         for_each_possible_cpu(cpu) {
1360                 group = 0;
1361         next_group:
1362                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1363                         if (cpu == tcpu)
1364                                 break;
1365                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1366                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1367                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1368                                 group++;
1369                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1370                                 goto next_group;
1371                         }
1372                 }
1373                 group_map[cpu] = group;
1374                 group_cnt[group]++;
1375                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1376         }
1377
1378         /*
1379          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1380          * and then as much as possible without using more address
1381          * space.
1382          */
1383         last_allocs = INT_MAX;
1384         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1385                 int allocs = 0, wasted = 0;
1386
1387                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1388                         continue;
1389
1390                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1391                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1392                         allocs += this_allocs;
1393                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1394                 }
1395
1396                 /*
1397                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1398                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1399                  * passes the following check.
1400                  */
1401                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1402                         continue;
1403
1404                 /* and then don't consume more memory */
1405                 if (allocs > last_allocs)
1406                         break;
1407                 last_allocs = allocs;
1408                 best_upa = upa;
1409         }
1410         upa = best_upa;
1411
1412         /* allocate and fill alloc_info */
1413         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1414                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1415
1416         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1417         if (!ai)
1418                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1419         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1420
1421         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1422                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1423                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1424         }
1425
1426         ai->static_size = static_size;
1427         ai->reserved_size = reserved_size;
1428         ai->dyn_size = dyn_size;
1429         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1430         ai->atom_size = atom_size;
1431         ai->alloc_size = alloc_size;
1432
1433         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1434                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1435
1436                 /*
1437                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1438                  * back-to-back.  The caller should update this to
1439                  * reflect actual allocation.
1440                  */
1441                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1442
1443                 for_each_possible_cpu(cpu)
1444                         if (group_map[cpu] == group)
1445                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1446                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1447                 unit += gi->nr_units;
1448         }
1449         BUG_ON(unit != nr_units);
1450
1451         return ai;
1452 }
1453
1454 /**
1455  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1456  * @lvl: loglevel
1457  * @ai: allocation info to dump
1458  *
1459  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1460  */
1461 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1462                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1463 {
1464         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1465         char empty_str[] = "--------";
1466         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1467         int group, v;
1468         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1469
1470         v = ai->nr_groups;
1471         while (v /= 10)
1472                 group_width++;
1473
1474         v = num_possible_cpus();
1475         while (v /= 10)
1476                 cpu_width++;
1477         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1478
1479         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1480         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1481         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1482
1483         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1484                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1485                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1486
1487         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1488                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1489                 int unit = 0, unit_end = 0;
1490
1491                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1492                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1493                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1494                         if (!(alloc % apl)) {
1495                                 printk("\n");
1496                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1497                         }
1498                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1499
1500                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1501                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1502                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1503                                                gi->cpu_map[unit]);
1504                                 else
1505                                         printk("%s ", empty_str);
1506                 }
1507         }
1508         printk("\n");
1509 }
1510
1511 /**
1512  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1513  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1514  * @base_addr: mapped address
1515  *
1516  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1517  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1518  * setup path.
1519  *
1520  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1521  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1522  *
1523  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1524  *
1525  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1526  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1527  * the first chunk such that it's available only through reserved
1528  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1529  * static areas on architectures where the addressing model has
1530  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1531  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1532  *
1533  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1534  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1535  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1536  *
1537  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1538  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1539  * @ai->dyn_size.
1540  *
1541  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1542  * for vm areas.
1543  *
1544  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1545  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1546  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1547  *
1548  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1549  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1550  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1551  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1552  * all units is assumed.
1553  *
1554  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1555  * copied static data to each unit.
1556  *
1557  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1558  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1559  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1560  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1561  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1562  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1563  *
1564  * RETURNS:
1565  * 0 on success, -errno on failure.
1566  */
1567 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1568                                   void *base_addr)
1569 {
1570         static int smap[2], dmap[2];
1571         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1572         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1573         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1574         unsigned long *unit_off;
1575         unsigned int cpu;
1576         int *unit_map;
1577         int group, unit, i;
1578
1579         /* sanity checks */
1580         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1581                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1582         BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1583         BUG_ON(!ai->static_size);
1584         BUG_ON(!base_addr);
1585         BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1586         BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1587         BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1588
1589         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1590
1591         /* determine number of units and initialize unit_map and base */
1592         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1593         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1594
1595         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1596                 unit_map[cpu] = NR_CPUS;
1597         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1598
1599         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1600                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1601
1602                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1603                         cpu = gi->cpu_map[i];
1604                         if (cpu == NR_CPUS)
1605                                 continue;
1606
1607                         BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids || !cpu_possible(cpu));
1608                         BUG_ON(unit_map[cpu] != NR_CPUS);
1609
1610                         unit_map[cpu] = unit + i;
1611                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1612
1613                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1614                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1615                 }
1616         }
1617         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1618         pcpu_nr_units = unit;
1619
1620         for_each_possible_cpu(cpu)
1621                 BUG_ON(unit_map[cpu] == NR_CPUS);
1622
1623         pcpu_unit_map = unit_map;
1624         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1625
1626         /* determine basic parameters */
1627         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1628         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1629         pcpu_chunk_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_size;
1630         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1631                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1632
1633         /*
1634          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1635          * empty chunks.
1636          */
1637         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1638         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1639         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1640                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1641
1642         /*
1643          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1644          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1645          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1646          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1647          * static percpu allocation).
1648          */
1649         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1650         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1651         schunk->base_addr = base_addr;
1652         schunk->map = smap;
1653         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1654         schunk->immutable = true;
1655         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1656
1657         if (ai->reserved_size) {
1658                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1659                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1660                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1661         } else {
1662                 schunk->free_size = dyn_size;
1663                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1664         }
1665         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1666
1667         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1668         if (schunk->free_size)
1669                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1670
1671         /* init dynamic chunk if necessary */
1672         if (dyn_size) {
1673                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1674                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1675                 dchunk->base_addr = base_addr;
1676                 dchunk->map = dmap;
1677                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1678                 dchunk->immutable = true;
1679                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1680
1681                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1682                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1683                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1684         }
1685
1686         /* link the first chunk in */
1687         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1688         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1689
1690         /* we're done */
1691         pcpu_base_addr = base_addr;
1692         return 0;
1693 }
1694
1695 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1696         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1697         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1698         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1699         [PCPU_FC_LPAGE] = "lpage",
1700 };
1701
1702 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1703
1704 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1705 {
1706         if (0)
1707                 /* nada */;
1708 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1709         else if (!strcmp(str, "embed"))
1710                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1711 #endif
1712 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1713         else if (!strcmp(str, "page"))
1714                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1715 #endif
1716 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK
1717         else if (!strcmp(str, "lpage"))
1718                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_LPAGE;
1719 #endif
1720         else
1721                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1722
1723         return 0;
1724 }
1725 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1726
1727 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1728         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1729 /**
1730  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1731  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1732  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1733  *
1734  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1735  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1736  *
1737  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1738  * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
1739  * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
1740  * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
1741  * page size.
1742  *
1743  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1744  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1745  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1746  * and reserved areas.
1747  *
1748  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1749  * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
1750  *
1751  * RETURNS:
1752  * 0 on success, -errno on failure.
1753  */
1754 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size)
1755 {
1756         struct pcpu_alloc_info *ai;
1757         size_t size_sum, chunk_size;
1758         void *base;
1759         int unit;
1760         int rc;
1761
1762         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, PAGE_SIZE, NULL);
1763         if (IS_ERR(ai))
1764                 return PTR_ERR(ai);
1765         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1766         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1767
1768         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1769         chunk_size = ai->unit_size * num_possible_cpus();
1770
1771         base = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
1772                                        __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
1773         if (!base) {
1774                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
1775                            "embedding\n", chunk_size);
1776                 rc = -ENOMEM;
1777                 goto out_free_ai;
1778         }
1779
1780         /* return the leftover and copy */
1781         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1782                 void *ptr = base + unit * ai->unit_size;
1783
1784                 free_bootmem(__pa(ptr + size_sum), ai->unit_size - size_sum);
1785                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1786         }
1787
1788         /* we're ready, commit */
1789         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
1790                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
1791                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
1792
1793         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
1794 out_free_ai:
1795         pcpu_free_alloc_info(ai);
1796         return rc;
1797 }
1798 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
1799           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
1800
1801 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1802 /**
1803  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1804  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1805  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1806  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1807  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1808  *
1809  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
1810  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1811  *
1812  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1813  * page-by-page into vmalloc area.
1814  *
1815  * RETURNS:
1816  * 0 on success, -errno on failure.
1817  */
1818 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
1819                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1820                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1821                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1822 {
1823         static struct vm_struct vm;
1824         struct pcpu_alloc_info *ai;
1825         char psize_str[16];
1826         int unit_pages;
1827         size_t pages_size;
1828         struct page **pages;
1829         int unit, i, j, rc;
1830
1831         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
1832
1833         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
1834         if (IS_ERR(ai))
1835                 return PTR_ERR(ai);
1836         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1837         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1838
1839         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1840
1841         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1842         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1843                                sizeof(pages[0]));
1844         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1845
1846         /* allocate pages */
1847         j = 0;
1848         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
1849                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1850                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
1851                         void *ptr;
1852
1853                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
1854                         if (!ptr) {
1855                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
1856                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
1857                                 goto enomem;
1858                         }
1859                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1860                 }
1861
1862         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1863         vm.flags = VM_ALLOC;
1864         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
1865         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1866
1867         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1868                 unsigned long unit_addr =
1869                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
1870
1871                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1872                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1873
1874                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1875                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
1876                                       unit_pages);
1877                 if (rc < 0)
1878                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
1879
1880                 /*
1881                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1882                  * cache for the linear mapping here - something
1883                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1884                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1885                  * data structures are not set up yet.
1886                  */
1887
1888                 /* copy static data */
1889                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1890         }
1891
1892         /* we're ready, commit */
1893         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
1894                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
1895                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
1896
1897         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
1898         goto out_free_ar;
1899
1900 enomem:
1901         while (--j >= 0)
1902                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
1903         rc = -ENOMEM;
1904 out_free_ar:
1905         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
1906         pcpu_free_alloc_info(ai);
1907         return rc;
1908 }
1909 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
1910
1911 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK
1912 struct pcpul_ent {
1913         void            *ptr;
1914         void            *map_addr;
1915 };
1916
1917 static size_t pcpul_size;
1918 static size_t pcpul_lpage_size;
1919 static int pcpul_nr_lpages;
1920 static struct pcpul_ent *pcpul_map;
1921
1922 static bool __init pcpul_unit_to_cpu(int unit, const struct pcpu_alloc_info *ai,
1923                                      unsigned int *cpup)
1924 {
1925         int group, cunit;
1926
1927         for (group = 0, cunit = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1928                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1929
1930                 if (unit < cunit + gi->nr_units) {
1931                         if (cpup)
1932                                 *cpup = gi->cpu_map[unit - cunit];
1933                         return true;
1934                 }
1935                 cunit += gi->nr_units;
1936         }
1937
1938         return false;
1939 }
1940
1941 static int __init pcpul_cpu_to_unit(int cpu, const struct pcpu_alloc_info *ai)
1942 {
1943         int group, unit, i;
1944
1945         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1946                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1947
1948                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++)
1949                         if (gi->cpu_map[i] == cpu)
1950                                 return unit + i;
1951         }
1952         BUG();
1953 }
1954
1955 /**
1956  * pcpu_lpage_first_chunk - remap the first percpu chunk using large page
1957  * @ai: pcpu_alloc_info
1958  * @alloc_fn: function to allocate percpu lpage, always called with lpage_size
1959  * @free_fn: function to free percpu memory, @size <= lpage_size
1960  * @map_fn: function to map percpu lpage, always called with lpage_size
1961  *
1962  * This allocator uses large page to build and map the first chunk.
1963  * Unlike other helpers, the caller should provide fully initialized
1964  * @ai.  This can be done using pcpu_build_alloc_info().  This two
1965  * stage initialization is to allow arch code to evaluate the
1966  * parameters before committing to it.
1967  *
1968  * Large pages are allocated as directed by @unit_map and other
1969  * parameters and mapped to vmalloc space.  Unused holes are returned
1970  * to the page allocator.  Note that these holes end up being actively
1971  * mapped twice - once to the physical mapping and to the vmalloc area
1972  * for the first percpu chunk.  Depending on architecture, this might
1973  * cause problem when changing page attributes of the returned area.
1974  * These double mapped areas can be detected using
1975  * pcpu_lpage_remapped().
1976  *
1977  * RETURNS:
1978  * 0 on success, -errno on failure.
1979  */
1980 int __init pcpu_lpage_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1981                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1982                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1983                                   pcpu_fc_map_fn_t map_fn)
1984 {
1985         static struct vm_struct vm;
1986         const size_t lpage_size = ai->atom_size;
1987         size_t chunk_size, map_size;
1988         unsigned int cpu;
1989         int i, j, unit, nr_units, rc;
1990
1991         nr_units = 0;
1992         for (i = 0; i < ai->nr_groups; i++)
1993                 nr_units += ai->groups[i].nr_units;
1994
1995         chunk_size = ai->unit_size * nr_units;
1996         BUG_ON(chunk_size % lpage_size);
1997
1998         pcpul_size = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1999         pcpul_lpage_size = lpage_size;
2000         pcpul_nr_lpages = chunk_size / lpage_size;
2001
2002         /* allocate pointer array and alloc large pages */
2003         map_size = pcpul_nr_lpages * sizeof(pcpul_map[0]);
2004         pcpul_map = alloc_bootmem(map_size);
2005
2006         /* allocate all pages */
2007         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++) {
2008                 size_t offset = i * lpage_size;
2009                 int first_unit = offset / ai->unit_size;
2010                 int last_unit = (offset + lpage_size - 1) / ai->unit_size;
2011                 void *ptr;
2012
2013                 /* find out which cpu is mapped to this unit */
2014                 for (unit = first_unit; unit <= last_unit; unit++)
2015                         if (pcpul_unit_to_cpu(unit, ai, &cpu))
2016                                 goto found;
2017                 continue;
2018         found:
2019                 ptr = alloc_fn(cpu, lpage_size, lpage_size);
2020                 if (!ptr) {
2021                         pr_warning("PERCPU: failed to allocate large page "
2022                                    "for cpu%u\n", cpu);
2023                         goto enomem;
2024                 }
2025
2026                 pcpul_map[i].ptr = ptr;
2027         }
2028
2029         /* return unused holes */
2030         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++) {
2031                 size_t start = unit * ai->unit_size;
2032                 size_t end = start + ai->unit_size;
2033                 size_t off, next;
2034
2035                 /* don't free used part of occupied unit */
2036                 if (pcpul_unit_to_cpu(unit, ai, NULL))
2037                         start += pcpul_size;
2038
2039                 /* unit can span more than one page, punch the holes */
2040                 for (off = start; off < end; off = next) {
2041                         void *ptr = pcpul_map[off / lpage_size].ptr;
2042                         next = min(roundup(off + 1, lpage_size), end);
2043                         if (ptr)
2044                                 free_fn(ptr + off % lpage_size, next - off);
2045                 }
2046         }
2047
2048         /* allocate address, map and copy */
2049         vm.flags = VM_ALLOC;
2050         vm.size = chunk_size;
2051         vm_area_register_early(&vm, ai->unit_size);
2052
2053         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++) {
2054                 if (!pcpul_map[i].ptr)
2055                         continue;
2056                 pcpul_map[i].map_addr = vm.addr + i * lpage_size;
2057                 map_fn(pcpul_map[i].ptr, lpage_size, pcpul_map[i].map_addr);
2058         }
2059
2060         for_each_possible_cpu(cpu)
2061                 memcpy(vm.addr + pcpul_cpu_to_unit(cpu, ai) * ai->unit_size,
2062                        __per_cpu_load, ai->static_size);
2063
2064         /* we're ready, commit */
2065         pr_info("PERCPU: large pages @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2066                 vm.addr, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
2067                 ai->unit_size);
2068
2069         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2070
2071         /*
2072          * Sort pcpul_map array for pcpu_lpage_remapped().  Unmapped
2073          * lpages are pushed to the end and trimmed.
2074          */
2075         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages - 1; i++)
2076                 for (j = i + 1; j < pcpul_nr_lpages; j++) {
2077                         struct pcpul_ent tmp;
2078
2079                         if (!pcpul_map[j].ptr)
2080                                 continue;
2081                         if (pcpul_map[i].ptr &&
2082                             pcpul_map[i].ptr < pcpul_map[j].ptr)
2083                                 continue;
2084
2085                         tmp = pcpul_map[i];
2086                         pcpul_map[i] = pcpul_map[j];
2087                         pcpul_map[j] = tmp;
2088                 }
2089
2090         while (pcpul_nr_lpages && !pcpul_map[pcpul_nr_lpages - 1].ptr)
2091                 pcpul_nr_lpages--;
2092
2093         return rc;
2094
2095 enomem:
2096         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++)
2097                 if (pcpul_map[i].ptr)
2098                         free_fn(pcpul_map[i].ptr, lpage_size);
2099         free_bootmem(__pa(pcpul_map), map_size);
2100         return -ENOMEM;
2101 }
2102
2103 /**
2104  * pcpu_lpage_remapped - determine whether a kaddr is in pcpul recycled area
2105  * @kaddr: the kernel address in question
2106  *
2107  * Determine whether @kaddr falls in the pcpul recycled area.  This is
2108  * used by pageattr to detect VM aliases and break up the pcpu large
2109  * page mapping such that the same physical page is not mapped under
2110  * different attributes.
2111  *
2112  * The recycled area is always at the tail of a partially used large
2113  * page.
2114  *
2115  * RETURNS:
2116  * Address of corresponding remapped pcpu address if match is found;
2117  * otherwise, NULL.
2118  */
2119 void *pcpu_lpage_remapped(void *kaddr)
2120 {
2121         unsigned long lpage_mask = pcpul_lpage_size - 1;
2122         void *lpage_addr = (void *)((unsigned long)kaddr & ~lpage_mask);
2123         unsigned long offset = (unsigned long)kaddr & lpage_mask;
2124         int left = 0, right = pcpul_nr_lpages - 1;
2125         int pos;
2126
2127         /* pcpul in use at all? */
2128         if (!pcpul_map)
2129                 return NULL;
2130
2131         /* okay, perform binary search */
2132         while (left <= right) {
2133                 pos = (left + right) / 2;
2134
2135                 if (pcpul_map[pos].ptr < lpage_addr)
2136                         left = pos + 1;
2137                 else if (pcpul_map[pos].ptr > lpage_addr)
2138                         right = pos - 1;
2139                 else
2140                         return pcpul_map[pos].map_addr + offset;
2141         }
2142
2143         return NULL;
2144 }
2145 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK */
2146
2147 /*
2148  * Generic percpu area setup.
2149  *
2150  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2151  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2152  * important because many archs have addressing restrictions and might
2153  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2154  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2155  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2156  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2157  * mappings on applicable archs.
2158  */
2159 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2160 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2161 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2162
2163 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2164 {
2165         unsigned long delta;
2166         unsigned int cpu;
2167         int rc;
2168
2169         /*
2170          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2171          * what the legacy allocator did.
2172          */
2173         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2174                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE);
2175         if (rc < 0)
2176                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2177
2178         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2179         for_each_possible_cpu(cpu)
2180                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2181 }
2182 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */