6af78c1ee7049b038176ac2c094b977e15e36630
[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        **vms;          /* mapped vmalloc regions */
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_atom_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 /* group information, used for vm allocation */
125 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
126 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
127 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
128
129 /*
130  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
131  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
132  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
133  */
134 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
135
136 /*
137  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
138  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
139  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
140  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
141  * respectively.
142  */
143 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
144 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
145
146 /*
147  * Synchronization rules.
148  *
149  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
150  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
151  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
152  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
153  *
154  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
155  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
156  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
157  *
158  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
159  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
160  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
161  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
162  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
163  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
164  * allocation path might be referencing the chunk with only
165  * pcpu_alloc_mutex locked.
166  */
167 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
168 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
169
170 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
171
172 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
173 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
174 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
175
176 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
177 {
178         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
179         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
180 }
181
182 static int pcpu_size_to_slot(int size)
183 {
184         if (size == pcpu_unit_size)
185                 return pcpu_nr_slots - 1;
186         return __pcpu_size_to_slot(size);
187 }
188
189 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
190 {
191         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
192                 return 0;
193
194         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
195 }
196
197 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
198 {
199         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
200 }
201
202 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
203                                      unsigned int cpu, int page_idx)
204 {
205         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
206                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
207 }
208
209 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
210                                     unsigned int cpu, int page_idx)
211 {
212         /* must not be used on pre-mapped chunk */
213         WARN_ON(chunk->immutable);
214
215         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
216 }
217
218 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
219 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
220 {
221         page->index = (unsigned long)pcpu;
222 }
223
224 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
225 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
226 {
227         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
228 }
229
230 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
231 {
232         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
233         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
234 }
235
236 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
237 {
238         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
239         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
240 }
241
242 /*
243  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
244  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
245  * be integer variables and will be set to start and end page index of
246  * the current region.
247  */
248 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
249         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
250              (rs) < (re);                                                   \
251              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
252
253 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
254         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
255              (rs) < (re);                                                   \
256              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
257
258 /**
259  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
260  * @size: bytes to allocate
261  *
262  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
263  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
264  * memory is always zeroed.
265  *
266  * CONTEXT:
267  * Does GFP_KERNEL allocation.
268  *
269  * RETURNS:
270  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
271  */
272 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
273 {
274         if (size <= PAGE_SIZE)
275                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
276         else {
277                 void *ptr = vmalloc(size);
278                 if (ptr)
279                         memset(ptr, 0, size);
280                 return ptr;
281         }
282 }
283
284 /**
285  * pcpu_mem_free - free memory
286  * @ptr: memory to free
287  * @size: size of the area
288  *
289  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
290  */
291 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
292 {
293         if (size <= PAGE_SIZE)
294                 kfree(ptr);
295         else
296                 vfree(ptr);
297 }
298
299 /**
300  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
301  * @chunk: chunk of interest
302  * @oslot: the previous slot it was on
303  *
304  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
305  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
306  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
307  * chunk slots.
308  *
309  * CONTEXT:
310  * pcpu_lock.
311  */
312 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
313 {
314         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
315
316         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
317                 if (oslot < nslot)
318                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
319                 else
320                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
321         }
322 }
323
324 /**
325  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
326  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
327  *
328  * RETURNS:
329  * The address of the found chunk.
330  */
331 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
332 {
333         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
334
335         /* is it in the first chunk? */
336         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
337                 /* is it in the reserved area? */
338                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
339                         return pcpu_reserved_chunk;
340                 return pcpu_first_chunk;
341         }
342
343         /*
344          * The address is relative to unit0 which might be unused and
345          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
346          * current processor before looking it up in the vmalloc
347          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
348          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
349          */
350         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
351         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
352 }
353
354 /**
355  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
356  * @chunk: target chunk
357  *
358  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
359  * A single allocation can split an area into three areas, so this
360  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
361  *
362  * CONTEXT:
363  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
364  * if area map is extended.
365  *
366  * RETURNS:
367  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
368  */
369 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
370 {
371         int new_alloc;
372         int *new;
373         size_t size;
374
375         /* has enough? */
376         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
377                 return 0;
378
379         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
380
381         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
382         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
383                 new_alloc *= 2;
384
385         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
386         if (!new) {
387                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
388                 return -ENOMEM;
389         }
390
391         /*
392          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
393          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
394          * grown.
395          */
396         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
397         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
398
399         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
400         memcpy(new, chunk->map, size);
401
402         /*
403          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
404          * one of the first chunks and still using static map.
405          */
406         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
407                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
408
409         chunk->map_alloc = new_alloc;
410         chunk->map = new;
411         return 0;
412 }
413
414 /**
415  * pcpu_split_block - split a map block
416  * @chunk: chunk of interest
417  * @i: index of map block to split
418  * @head: head size in bytes (can be 0)
419  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
420  *
421  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
422  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
423  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
424  *
425  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
426  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
427  * is inserted after the target block.
428  *
429  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
430  *
431  * CONTEXT:
432  * pcpu_lock.
433  */
434 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
435                              int head, int tail)
436 {
437         int nr_extra = !!head + !!tail;
438
439         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
440
441         /* insert new subblocks */
442         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
443                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
444         chunk->map_used += nr_extra;
445
446         if (head) {
447                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
448                 chunk->map[i++] = head;
449         }
450         if (tail) {
451                 chunk->map[i++] -= tail;
452                 chunk->map[i] = tail;
453         }
454 }
455
456 /**
457  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
458  * @chunk: chunk of interest
459  * @size: wanted size in bytes
460  * @align: wanted align
461  *
462  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
463  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
464  * populate or map the area.
465  *
466  * @chunk->map must have at least two free slots.
467  *
468  * CONTEXT:
469  * pcpu_lock.
470  *
471  * RETURNS:
472  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
473  * found.
474  */
475 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
476 {
477         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
478         int max_contig = 0;
479         int i, off;
480
481         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
482                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
483                 int head, tail;
484
485                 /* extra for alignment requirement */
486                 head = ALIGN(off, align) - off;
487                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
488
489                 if (chunk->map[i] < 0)
490                         continue;
491                 if (chunk->map[i] < head + size) {
492                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
493                         continue;
494                 }
495
496                 /*
497                  * If head is small or the previous block is free,
498                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
499                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
500                  * uncommon for percpu allocations.
501                  */
502                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
503                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
504                                 chunk->map[i - 1] += head;
505                         else {
506                                 chunk->map[i - 1] -= head;
507                                 chunk->free_size -= head;
508                         }
509                         chunk->map[i] -= head;
510                         off += head;
511                         head = 0;
512                 }
513
514                 /* if tail is small, just keep it around */
515                 tail = chunk->map[i] - head - size;
516                 if (tail < sizeof(int))
517                         tail = 0;
518
519                 /* split if warranted */
520                 if (head || tail) {
521                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
522                         if (head) {
523                                 i++;
524                                 off += head;
525                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
526                         }
527                         if (tail)
528                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
529                 }
530
531                 /* update hint and mark allocated */
532                 if (is_last)
533                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
534                 else
535                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
536                                                  max_contig);
537
538                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
539                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
540
541                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
542                 return off;
543         }
544
545         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
546         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
547
548         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
549         return -1;
550 }
551
552 /**
553  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
554  * @chunk: chunk of interest
555  * @freeme: offset of area to free
556  *
557  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
558  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
559  * the area.
560  *
561  * CONTEXT:
562  * pcpu_lock.
563  */
564 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
565 {
566         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
567         int i, off;
568
569         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
570                 if (off == freeme)
571                         break;
572         BUG_ON(off != freeme);
573         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
574
575         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
576         chunk->free_size += chunk->map[i];
577
578         /* merge with previous? */
579         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
580                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
581                 chunk->map_used--;
582                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
583                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
584                 i--;
585         }
586         /* merge with next? */
587         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
588                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
589                 chunk->map_used--;
590                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
591                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
592         }
593
594         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
595         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
596 }
597
598 /**
599  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
600  * @chunk: chunk of interest
601  * @bitmapp: output parameter for bitmap
602  * @may_alloc: may allocate the array
603  *
604  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
605  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
606  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
607  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
608  * and access exclusion is the caller's responsibility.
609  *
610  * CONTEXT:
611  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
612  * Otherwise, don't care.
613  *
614  * RETURNS:
615  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
616  */
617 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
618                                                unsigned long **bitmapp,
619                                                bool may_alloc)
620 {
621         static struct page **pages;
622         static unsigned long *bitmap;
623         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
624         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
625                              sizeof(unsigned long);
626
627         if (!pages || !bitmap) {
628                 if (may_alloc && !pages)
629                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
630                 if (may_alloc && !bitmap)
631                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
632                 if (!pages || !bitmap)
633                         return NULL;
634         }
635
636         memset(pages, 0, pages_size);
637         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
638
639         *bitmapp = bitmap;
640         return pages;
641 }
642
643 /**
644  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
645  * @chunk: chunk pages were allocated for
646  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
647  * @populated: populated bitmap
648  * @page_start: page index of the first page to be freed
649  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
650  *
651  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
652  * The pages were allocated for @chunk.
653  */
654 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
655                             struct page **pages, unsigned long *populated,
656                             int page_start, int page_end)
657 {
658         unsigned int cpu;
659         int i;
660
661         for_each_possible_cpu(cpu) {
662                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
663                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
664
665                         if (page)
666                                 __free_page(page);
667                 }
668         }
669 }
670
671 /**
672  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
673  * @chunk: target chunk
674  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
675  * @populated: populated bitmap
676  * @page_start: page index of the first page to be allocated
677  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
678  *
679  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
680  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
681  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
682  */
683 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
684                             struct page **pages, unsigned long *populated,
685                             int page_start, int page_end)
686 {
687         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
688         unsigned int cpu;
689         int i;
690
691         for_each_possible_cpu(cpu) {
692                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
693                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
694
695                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
696                         if (!*pagep) {
697                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
698                                                 page_start, page_end);
699                                 return -ENOMEM;
700                         }
701                 }
702         }
703         return 0;
704 }
705
706 /**
707  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
708  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
709  * @page_start: page index of the first page to be flushed
710  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
711  *
712  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
713  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
714  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
715  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
716  * scalable.
717  */
718 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
719                                  int page_start, int page_end)
720 {
721         flush_cache_vunmap(
722                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
723                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
724 }
725
726 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
727 {
728         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
729 }
730
731 /**
732  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
733  * @chunk: chunk of interest
734  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
735  * @populated: populated bitmap
736  * @page_start: page index of the first page to unmap
737  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
738  *
739  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
740  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
741  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
742  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
743  * proper pre/post flush functions.
744  */
745 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
746                              struct page **pages, unsigned long *populated,
747                              int page_start, int page_end)
748 {
749         unsigned int cpu;
750         int i;
751
752         for_each_possible_cpu(cpu) {
753                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
754                         struct page *page;
755
756                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
757                         WARN_ON(!page);
758                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
759                 }
760                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
761                                    page_end - page_start);
762         }
763
764         for (i = page_start; i < page_end; i++)
765                 __clear_bit(i, populated);
766 }
767
768 /**
769  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
770  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
771  * @page_start: page index of the first page to be flushed
772  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
773  *
774  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
775  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
776  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
777  *
778  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
779  * for the whole region.
780  */
781 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
782                                       int page_start, int page_end)
783 {
784         flush_tlb_kernel_range(
785                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
786                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
787 }
788
789 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
790                             int nr_pages)
791 {
792         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
793                                         PAGE_KERNEL, pages);
794 }
795
796 /**
797  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
798  * @chunk: chunk of interest
799  * @pages: pages array containing pages to be mapped
800  * @populated: populated bitmap
801  * @page_start: page index of the first page to map
802  * @page_end: page index of the last page to map + 1
803  *
804  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
805  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
806  * mappings are complete.
807  *
808  * This function is responsible for setting corresponding bits in
809  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
810  * lookup (addr -> chunk).
811  */
812 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
813                           struct page **pages, unsigned long *populated,
814                           int page_start, int page_end)
815 {
816         unsigned int cpu, tcpu;
817         int i, err;
818
819         for_each_possible_cpu(cpu) {
820                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
821                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
822                                        page_end - page_start);
823                 if (err < 0)
824                         goto err;
825         }
826
827         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
828         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
829                 for_each_possible_cpu(cpu)
830                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
831                                             chunk);
832                 __set_bit(i, populated);
833         }
834
835         return 0;
836
837 err:
838         for_each_possible_cpu(tcpu) {
839                 if (tcpu == cpu)
840                         break;
841                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
842                                    page_end - page_start);
843         }
844         return err;
845 }
846
847 /**
848  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
849  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
850  * @page_start: page index of the first page to be flushed
851  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
852  *
853  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
854  * cache.
855  *
856  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
857  * for the whole region.
858  */
859 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
860                                 int page_start, int page_end)
861 {
862         flush_cache_vmap(
863                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
864                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
865 }
866
867 /**
868  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
869  * @chunk: chunk to depopulate
870  * @off: offset to the area to depopulate
871  * @size: size of the area to depopulate in bytes
872  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
873  *
874  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
875  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
876  * and tlb after.
877  *
878  * CONTEXT:
879  * pcpu_alloc_mutex.
880  */
881 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
882 {
883         int page_start = PFN_DOWN(off);
884         int page_end = PFN_UP(off + size);
885         struct page **pages;
886         unsigned long *populated;
887         int rs, re;
888
889         /* quick path, check whether it's empty already */
890         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
891                 if (rs == page_start && re == page_end)
892                         return;
893                 break;
894         }
895
896         /* immutable chunks can't be depopulated */
897         WARN_ON(chunk->immutable);
898
899         /*
900          * If control reaches here, there must have been at least one
901          * successful population attempt so the temp pages array must
902          * be available now.
903          */
904         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
905         BUG_ON(!pages);
906
907         /* unmap and free */
908         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
909
910         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
911                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
912
913         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
914
915         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
916                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
917
918         /* commit new bitmap */
919         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
920 }
921
922 /**
923  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
924  * @chunk: chunk of interest
925  * @off: offset to the area to populate
926  * @size: size of the area to populate in bytes
927  *
928  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
929  * @chunk.  The area is cleared on return.
930  *
931  * CONTEXT:
932  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
933  */
934 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
935 {
936         int page_start = PFN_DOWN(off);
937         int page_end = PFN_UP(off + size);
938         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
939         struct page **pages;
940         unsigned long *populated;
941         unsigned int cpu;
942         int rs, re, rc;
943
944         /* quick path, check whether all pages are already there */
945         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
946                 if (rs == page_start && re == page_end)
947                         goto clear;
948                 break;
949         }
950
951         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
952         WARN_ON(chunk->immutable);
953
954         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
955         if (!pages)
956                 return -ENOMEM;
957
958         /* alloc and map */
959         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
960                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
961                 if (rc)
962                         goto err_free;
963                 free_end = re;
964         }
965
966         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
967                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
968                 if (rc)
969                         goto err_unmap;
970                 unmap_end = re;
971         }
972         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
973
974         /* commit new bitmap */
975         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
976 clear:
977         for_each_possible_cpu(cpu)
978                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
979         return 0;
980
981 err_unmap:
982         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
983         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
984                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
985         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
986 err_free:
987         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
988                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
989         return rc;
990 }
991
992 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
993 {
994         if (!chunk)
995                 return;
996         if (chunk->vms)
997                 pcpu_free_vm_areas(chunk->vms, pcpu_nr_groups);
998         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
999         kfree(chunk);
1000 }
1001
1002 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
1003 {
1004         struct pcpu_chunk *chunk;
1005
1006         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1007         if (!chunk)
1008                 return NULL;
1009
1010         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1011         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1012         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1013
1014         chunk->vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
1015                                        pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size,
1016                                        GFP_KERNEL);
1017         if (!chunk->vms) {
1018                 free_pcpu_chunk(chunk);
1019                 return NULL;
1020         }
1021
1022         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1023         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1024         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1025         chunk->base_addr = chunk->vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
1026
1027         return chunk;
1028 }
1029
1030 /**
1031  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1032  * @size: size of area to allocate in bytes
1033  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1034  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1035  *
1036  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1037  *
1038  * CONTEXT:
1039  * Does GFP_KERNEL allocation.
1040  *
1041  * RETURNS:
1042  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1043  */
1044 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1045 {
1046         static int warn_limit = 10;
1047         struct pcpu_chunk *chunk;
1048         const char *err;
1049         int slot, off;
1050
1051         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1052                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1053                      "percpu allocation\n", size, align);
1054                 return NULL;
1055         }
1056
1057         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1058         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1059
1060         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1061         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1062                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1063                 if (size > chunk->contig_hint ||
1064                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0) {
1065                         err = "failed to extend area map of reserved chunk";
1066                         goto fail_unlock;
1067                 }
1068                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1069                 if (off >= 0)
1070                         goto area_found;
1071                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1072                 goto fail_unlock;
1073         }
1074
1075 restart:
1076         /* search through normal chunks */
1077         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1078                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1079                         if (size > chunk->contig_hint)
1080                                 continue;
1081
1082                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1083                         case 0:
1084                                 break;
1085                         case 1:
1086                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1087                         default:
1088                                 err = "failed to extend area map";
1089                                 goto fail_unlock;
1090                         }
1091
1092                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1093                         if (off >= 0)
1094                                 goto area_found;
1095                 }
1096         }
1097
1098         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1099         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1100
1101         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1102         if (!chunk) {
1103                 err = "failed to allocate new chunk";
1104                 goto fail_unlock_mutex;
1105         }
1106
1107         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1108         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1109         goto restart;
1110
1111 area_found:
1112         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1113
1114         /* populate, map and clear the area */
1115         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1116                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1117                 pcpu_free_area(chunk, off);
1118                 err = "failed to populate";
1119                 goto fail_unlock;
1120         }
1121
1122         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1123
1124         /* return address relative to base address */
1125         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1126
1127 fail_unlock:
1128         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1129 fail_unlock_mutex:
1130         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1131         if (warn_limit) {
1132                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu, "
1133                            "%s\n", size, align, err);
1134                 dump_stack();
1135                 if (!--warn_limit)
1136                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1137         }
1138         return NULL;
1139 }
1140
1141 /**
1142  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1143  * @size: size of area to allocate in bytes
1144  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1145  *
1146  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1147  * sleep.  Might trigger writeouts.
1148  *
1149  * CONTEXT:
1150  * Does GFP_KERNEL allocation.
1151  *
1152  * RETURNS:
1153  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1154  */
1155 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1156 {
1157         return pcpu_alloc(size, align, false);
1158 }
1159 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1160
1161 /**
1162  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1163  * @size: size of area to allocate in bytes
1164  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1165  *
1166  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1167  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1168  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1169  *
1170  * CONTEXT:
1171  * Does GFP_KERNEL allocation.
1172  *
1173  * RETURNS:
1174  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1175  */
1176 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1177 {
1178         return pcpu_alloc(size, align, true);
1179 }
1180
1181 /**
1182  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1183  * @work: unused
1184  *
1185  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1186  *
1187  * CONTEXT:
1188  * workqueue context.
1189  */
1190 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1191 {
1192         LIST_HEAD(todo);
1193         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1194         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1195
1196         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1197         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1198
1199         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1200                 WARN_ON(chunk->immutable);
1201
1202                 /* spare the first one */
1203                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1204                         continue;
1205
1206                 list_move(&chunk->list, &todo);
1207         }
1208
1209         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1210
1211         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1212                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1213                 free_pcpu_chunk(chunk);
1214         }
1215
1216         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1217 }
1218
1219 /**
1220  * free_percpu - free percpu area
1221  * @ptr: pointer to area to free
1222  *
1223  * Free percpu area @ptr.
1224  *
1225  * CONTEXT:
1226  * Can be called from atomic context.
1227  */
1228 void free_percpu(void *ptr)
1229 {
1230         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1231         struct pcpu_chunk *chunk;
1232         unsigned long flags;
1233         int off;
1234
1235         if (!ptr)
1236                 return;
1237
1238         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1239
1240         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1241         off = addr - chunk->base_addr;
1242
1243         pcpu_free_area(chunk, off);
1244
1245         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1246         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1247                 struct pcpu_chunk *pos;
1248
1249                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1250                         if (pos != chunk) {
1251                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1252                                 break;
1253                         }
1254         }
1255
1256         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1257 }
1258 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1259
1260 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1261                                         size_t reserved_size,
1262                                         ssize_t *dyn_sizep)
1263 {
1264         size_t size_sum;
1265
1266         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1267                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1268         if (*dyn_sizep != 0)
1269                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1270
1271         return size_sum;
1272 }
1273
1274 /**
1275  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1276  * @nr_groups: the number of groups
1277  * @nr_units: the number of units
1278  *
1279  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1280  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1281  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1282  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1283  * pointer of other groups.
1284  *
1285  * RETURNS:
1286  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1287  * failure.
1288  */
1289 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1290                                                       int nr_units)
1291 {
1292         struct pcpu_alloc_info *ai;
1293         size_t base_size, ai_size;
1294         void *ptr;
1295         int unit;
1296
1297         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1298                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1299         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1300
1301         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1302         if (!ptr)
1303                 return NULL;
1304         ai = ptr;
1305         ptr += base_size;
1306
1307         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1308
1309         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1310                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1311
1312         ai->nr_groups = nr_groups;
1313         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1314
1315         return ai;
1316 }
1317
1318 /**
1319  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1320  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1321  *
1322  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1323  */
1324 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1325 {
1326         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1327 }
1328
1329 /**
1330  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1331  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1332  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1333  * @atom_size: allocation atom size
1334  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1335  *
1336  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1337  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1338  * atom size and distances between CPUs.
1339  *
1340  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1341  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1342  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1343  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1344  * of allocated virtual address space.
1345  *
1346  * RETURNS:
1347  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1348  * failure, ERR_PTR value is returned.
1349  */
1350 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1351                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1352                                 size_t atom_size,
1353                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1354 {
1355         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1356         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1357         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1358         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1359         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1360         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1361         int last_allocs, group, unit;
1362         unsigned int cpu, tcpu;
1363         struct pcpu_alloc_info *ai;
1364         unsigned int *cpu_map;
1365
1366         /* this function may be called multiple times */
1367         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1368         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_map));
1369
1370         /*
1371          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1372          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1373          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1374          * or larger than min_unit_size.
1375          */
1376         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1377         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1378
1379         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1380         upa = alloc_size / min_unit_size;
1381         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1382                 upa--;
1383         max_upa = upa;
1384
1385         /* group cpus according to their proximity */
1386         for_each_possible_cpu(cpu) {
1387                 group = 0;
1388         next_group:
1389                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1390                         if (cpu == tcpu)
1391                                 break;
1392                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1393                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1394                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1395                                 group++;
1396                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1397                                 goto next_group;
1398                         }
1399                 }
1400                 group_map[cpu] = group;
1401                 group_cnt[group]++;
1402                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1403         }
1404
1405         /*
1406          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1407          * and then as much as possible without using more address
1408          * space.
1409          */
1410         last_allocs = INT_MAX;
1411         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1412                 int allocs = 0, wasted = 0;
1413
1414                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1415                         continue;
1416
1417                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1418                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1419                         allocs += this_allocs;
1420                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1421                 }
1422
1423                 /*
1424                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1425                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1426                  * passes the following check.
1427                  */
1428                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1429                         continue;
1430
1431                 /* and then don't consume more memory */
1432                 if (allocs > last_allocs)
1433                         break;
1434                 last_allocs = allocs;
1435                 best_upa = upa;
1436         }
1437         upa = best_upa;
1438
1439         /* allocate and fill alloc_info */
1440         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1441                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1442
1443         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1444         if (!ai)
1445                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1446         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1447
1448         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1449                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1450                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1451         }
1452
1453         ai->static_size = static_size;
1454         ai->reserved_size = reserved_size;
1455         ai->dyn_size = dyn_size;
1456         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1457         ai->atom_size = atom_size;
1458         ai->alloc_size = alloc_size;
1459
1460         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1461                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1462
1463                 /*
1464                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1465                  * back-to-back.  The caller should update this to
1466                  * reflect actual allocation.
1467                  */
1468                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1469
1470                 for_each_possible_cpu(cpu)
1471                         if (group_map[cpu] == group)
1472                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1473                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1474                 unit += gi->nr_units;
1475         }
1476         BUG_ON(unit != nr_units);
1477
1478         return ai;
1479 }
1480
1481 /**
1482  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1483  * @lvl: loglevel
1484  * @ai: allocation info to dump
1485  *
1486  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1487  */
1488 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1489                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1490 {
1491         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1492         char empty_str[] = "--------";
1493         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1494         int group, v;
1495         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1496
1497         v = ai->nr_groups;
1498         while (v /= 10)
1499                 group_width++;
1500
1501         v = num_possible_cpus();
1502         while (v /= 10)
1503                 cpu_width++;
1504         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1505
1506         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1507         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1508         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1509
1510         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1511                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1512                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1513
1514         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1515                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1516                 int unit = 0, unit_end = 0;
1517
1518                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1519                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1520                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1521                         if (!(alloc % apl)) {
1522                                 printk("\n");
1523                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1524                         }
1525                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1526
1527                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1528                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1529                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1530                                                gi->cpu_map[unit]);
1531                                 else
1532                                         printk("%s ", empty_str);
1533                 }
1534         }
1535         printk("\n");
1536 }
1537
1538 /**
1539  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1540  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1541  * @base_addr: mapped address
1542  *
1543  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1544  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1545  * setup path.
1546  *
1547  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1548  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1549  *
1550  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1551  *
1552  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1553  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1554  * the first chunk such that it's available only through reserved
1555  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1556  * static areas on architectures where the addressing model has
1557  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1558  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1559  *
1560  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1561  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1562  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1563  *
1564  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1565  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1566  * @ai->dyn_size.
1567  *
1568  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1569  * for vm areas.
1570  *
1571  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1572  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1573  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1574  *
1575  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1576  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1577  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1578  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1579  * all units is assumed.
1580  *
1581  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1582  * copied static data to each unit.
1583  *
1584  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1585  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1586  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1587  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1588  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1589  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1590  *
1591  * RETURNS:
1592  * 0 on success, -errno on failure.
1593  */
1594 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1595                                   void *base_addr)
1596 {
1597         static char cpus_buf[4096] __initdata;
1598         static int smap[2], dmap[2];
1599         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1600         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1601         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1602         unsigned long *group_offsets;
1603         size_t *group_sizes;
1604         unsigned long *unit_off;
1605         unsigned int cpu;
1606         int *unit_map;
1607         int group, unit, i;
1608
1609         cpumask_scnprintf(cpus_buf, sizeof(cpus_buf), cpu_possible_mask);
1610
1611 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1612         if (unlikely(cond)) {                                           \
1613                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1614                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%s\n", cpus_buf);   \
1615                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1616                 BUG();                                                  \
1617         }                                                               \
1618 } while (0)
1619
1620         /* sanity checks */
1621         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1622                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1623         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1624         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1625         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1626         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1627         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1628         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1629
1630         /* process group information and build config tables accordingly */
1631         group_offsets = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]));
1632         group_sizes = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]));
1633         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1634         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1635
1636         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1637                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1638         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1639
1640         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1641                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1642
1643                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1644                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1645
1646                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1647                         cpu = gi->cpu_map[i];
1648                         if (cpu == NR_CPUS)
1649                                 continue;
1650
1651                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids);
1652                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1653                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1654
1655                         unit_map[cpu] = unit + i;
1656                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1657
1658                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1659                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1660                 }
1661         }
1662         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1663         pcpu_nr_units = unit;
1664
1665         for_each_possible_cpu(cpu)
1666                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1667
1668         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1669 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1670         pcpu_dump_alloc_info(KERN_INFO, ai);
1671
1672         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1673         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1674         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1675         pcpu_unit_map = unit_map;
1676         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1677
1678         /* determine basic parameters */
1679         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1680         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1681         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1682         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1683                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1684
1685         /*
1686          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1687          * empty chunks.
1688          */
1689         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1690         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1691         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1692                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1693
1694         /*
1695          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1696          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1697          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1698          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1699          * static percpu allocation).
1700          */
1701         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1702         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1703         schunk->base_addr = base_addr;
1704         schunk->map = smap;
1705         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1706         schunk->immutable = true;
1707         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1708
1709         if (ai->reserved_size) {
1710                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1711                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1712                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1713         } else {
1714                 schunk->free_size = dyn_size;
1715                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1716         }
1717         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1718
1719         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1720         if (schunk->free_size)
1721                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1722
1723         /* init dynamic chunk if necessary */
1724         if (dyn_size) {
1725                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1726                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1727                 dchunk->base_addr = base_addr;
1728                 dchunk->map = dmap;
1729                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1730                 dchunk->immutable = true;
1731                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1732
1733                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1734                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1735                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1736         }
1737
1738         /* link the first chunk in */
1739         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1740         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1741
1742         /* we're done */
1743         pcpu_base_addr = base_addr;
1744         return 0;
1745 }
1746
1747 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1748         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1749         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1750         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1751 };
1752
1753 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1754
1755 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1756 {
1757         if (0)
1758                 /* nada */;
1759 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1760         else if (!strcmp(str, "embed"))
1761                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1762 #endif
1763 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1764         else if (!strcmp(str, "page"))
1765                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1766 #endif
1767         else
1768                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1769
1770         return 0;
1771 }
1772 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1773
1774 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1775         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1776 /**
1777  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1778  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1779  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1780  * @atom_size: allocation atom size
1781  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1782  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1783  * @free_fn: funtion to free percpu page
1784  *
1785  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1786  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1787  *
1788  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1789  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1790  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1791  * aligned to @atom_size.
1792  *
1793  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1794  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1795  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1796  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1797  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1798  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1799  *
1800  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1801  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1802  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1803  * and reserved areas.
1804  *
1805  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1806  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1807  *
1808  * RETURNS:
1809  * 0 on success, -errno on failure.
1810  */
1811 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1812                                   size_t atom_size,
1813                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1814                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1815                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1816 {
1817         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1818         void **areas = NULL;
1819         struct pcpu_alloc_info *ai;
1820         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1821         int group, i, rc;
1822
1823         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1824                                    cpu_distance_fn);
1825         if (IS_ERR(ai))
1826                 return PTR_ERR(ai);
1827
1828         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1829         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1830
1831         areas = alloc_bootmem_nopanic(areas_size);
1832         if (!areas) {
1833                 rc = -ENOMEM;
1834                 goto out_free;
1835         }
1836
1837         /* allocate, copy and determine base address */
1838         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1839                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1840                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1841                 void *ptr;
1842
1843                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1844                         cpu = gi->cpu_map[i];
1845                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1846
1847                 /* allocate space for the whole group */
1848                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1849                 if (!ptr) {
1850                         rc = -ENOMEM;
1851                         goto out_free_areas;
1852                 }
1853                 areas[group] = ptr;
1854
1855                 base = min(ptr, base);
1856
1857                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1858                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
1859                                 /* unused unit, free whole */
1860                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
1861                                 continue;
1862                         }
1863                         /* copy and return the unused part */
1864                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1865                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
1866                 }
1867         }
1868
1869         /* base address is now known, determine group base offsets */
1870         max_distance = 0;
1871         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1872                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
1873                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
1874                                      ai->groups[group].base_offset);
1875         }
1876         max_distance += ai->unit_size;
1877
1878         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
1879         if (max_distance > (VMALLOC_END - VMALLOC_START) * 3 / 4) {
1880                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
1881                            "space 0x%lx\n",
1882                            max_distance, VMALLOC_END - VMALLOC_START);
1883 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1884                 /* and fail if we have fallback */
1885                 rc = -EINVAL;
1886                 goto out_free;
1887 #endif
1888         }
1889
1890         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
1891                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
1892                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
1893
1894         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
1895         goto out_free;
1896
1897 out_free_areas:
1898         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
1899                 free_fn(areas[group],
1900                         ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
1901 out_free:
1902         pcpu_free_alloc_info(ai);
1903         if (areas)
1904                 free_bootmem(__pa(areas), areas_size);
1905         return rc;
1906 }
1907 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
1908           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
1909
1910 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1911 /**
1912  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1913  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1914  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1915  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1916  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1917  *
1918  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
1919  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1920  *
1921  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1922  * page-by-page into vmalloc area.
1923  *
1924  * RETURNS:
1925  * 0 on success, -errno on failure.
1926  */
1927 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
1928                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1929                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1930                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1931 {
1932         static struct vm_struct vm;
1933         struct pcpu_alloc_info *ai;
1934         char psize_str[16];
1935         int unit_pages;
1936         size_t pages_size;
1937         struct page **pages;
1938         int unit, i, j, rc;
1939
1940         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
1941
1942         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
1943         if (IS_ERR(ai))
1944                 return PTR_ERR(ai);
1945         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1946         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1947
1948         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1949
1950         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1951         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1952                                sizeof(pages[0]));
1953         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1954
1955         /* allocate pages */
1956         j = 0;
1957         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
1958                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1959                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
1960                         void *ptr;
1961
1962                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
1963                         if (!ptr) {
1964                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
1965                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
1966                                 goto enomem;
1967                         }
1968                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1969                 }
1970
1971         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1972         vm.flags = VM_ALLOC;
1973         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
1974         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1975
1976         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1977                 unsigned long unit_addr =
1978                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
1979
1980                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1981                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1982
1983                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1984                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
1985                                       unit_pages);
1986                 if (rc < 0)
1987                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
1988
1989                 /*
1990                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1991                  * cache for the linear mapping here - something
1992                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1993                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1994                  * data structures are not set up yet.
1995                  */
1996
1997                 /* copy static data */
1998                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1999         }
2000
2001         /* we're ready, commit */
2002         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2003                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2004                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2005
2006         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2007         goto out_free_ar;
2008
2009 enomem:
2010         while (--j >= 0)
2011                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2012         rc = -ENOMEM;
2013 out_free_ar:
2014         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
2015         pcpu_free_alloc_info(ai);
2016         return rc;
2017 }
2018 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
2019
2020 /*
2021  * Generic percpu area setup.
2022  *
2023  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2024  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2025  * important because many archs have addressing restrictions and might
2026  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2027  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2028  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2029  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2030  * mappings on applicable archs.
2031  */
2032 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2033 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2034 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2035
2036 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2037                                        size_t align)
2038 {
2039         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2040 }
2041
2042 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2043 {
2044         free_bootmem(__pa(ptr), size);
2045 }
2046
2047 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2048 {
2049         unsigned long delta;
2050         unsigned int cpu;
2051         int rc;
2052
2053         /*
2054          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2055          * what the legacy allocator did.
2056          */
2057         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2058                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2059                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2060         if (rc < 0)
2061                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2062
2063         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2064         for_each_possible_cpu(cpu)
2065                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2066 }
2067 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */