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