percpu: allow non-linear / sparse cpu -> unit mapping
[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/mm.h>
63 #include <linux/module.h>
64 #include <linux/mutex.h>
65 #include <linux/percpu.h>
66 #include <linux/pfn.h>
67 #include <linux/slab.h>
68 #include <linux/spinlock.h>
69 #include <linux/vmalloc.h>
70 #include <linux/workqueue.h>
71
72 #include <asm/cacheflush.h>
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75
76 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
77 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
78
79 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
80 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
81 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
82         (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
83                  + (unsigned long)__per_cpu_start)
84 #endif
85 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
86 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
87         (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
88                  - (unsigned long)__per_cpu_start)
89 #endif
90
91 struct pcpu_chunk {
92         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
93         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
94         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
95         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
96         int                     map_used;       /* # of map entries used */
97         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
98         int                     *map;           /* allocation map */
99         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
100         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
101 };
102
103 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
104 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
105 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
106 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
107 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
108 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
109
110 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
111 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
112 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
113
114 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
115 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
116 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
117
118 /* cpu -> unit map */
119 const int *pcpu_unit_map __read_mostly;
120
121 /*
122  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
123  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
124  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
125  */
126 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
127
128 /*
129  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
130  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
131  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
132  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
133  * respectively.
134  */
135 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
136 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
137
138 /*
139  * Synchronization rules.
140  *
141  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
142  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
143  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
144  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
145  *
146  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
147  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
148  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
149  *
150  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
151  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
152  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
153  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
154  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
155  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
156  * allocation path might be referencing the chunk with only
157  * pcpu_alloc_mutex locked.
158  */
159 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
160 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
161
162 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
163
164 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
165 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
166 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
167
168 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
169 {
170         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
171         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
172 }
173
174 static int pcpu_size_to_slot(int size)
175 {
176         if (size == pcpu_unit_size)
177                 return pcpu_nr_slots - 1;
178         return __pcpu_size_to_slot(size);
179 }
180
181 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
182 {
183         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
184                 return 0;
185
186         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
187 }
188
189 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
190 {
191         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
192 }
193
194 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
195                                      unsigned int cpu, int page_idx)
196 {
197         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
198                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
199 }
200
201 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
202                                     unsigned int cpu, int page_idx)
203 {
204         /* must not be used on pre-mapped chunk */
205         WARN_ON(chunk->immutable);
206
207         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
208 }
209
210 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
211 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
212 {
213         page->index = (unsigned long)pcpu;
214 }
215
216 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
217 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
218 {
219         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
220 }
221
222 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
223 {
224         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
225         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
226 }
227
228 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
229 {
230         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
231         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
232 }
233
234 /*
235  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
236  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
237  * be integer variables and will be set to start and end page index of
238  * the current region.
239  */
240 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
241         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
242              (rs) < (re);                                                   \
243              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
244
245 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
246         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
247              (rs) < (re);                                                   \
248              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
249
250 /**
251  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
252  * @size: bytes to allocate
253  *
254  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
255  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
256  * memory is always zeroed.
257  *
258  * CONTEXT:
259  * Does GFP_KERNEL allocation.
260  *
261  * RETURNS:
262  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
263  */
264 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
265 {
266         if (size <= PAGE_SIZE)
267                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
268         else {
269                 void *ptr = vmalloc(size);
270                 if (ptr)
271                         memset(ptr, 0, size);
272                 return ptr;
273         }
274 }
275
276 /**
277  * pcpu_mem_free - free memory
278  * @ptr: memory to free
279  * @size: size of the area
280  *
281  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
282  */
283 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
284 {
285         if (size <= PAGE_SIZE)
286                 kfree(ptr);
287         else
288                 vfree(ptr);
289 }
290
291 /**
292  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
293  * @chunk: chunk of interest
294  * @oslot: the previous slot it was on
295  *
296  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
297  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
298  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
299  * chunk slots.
300  *
301  * CONTEXT:
302  * pcpu_lock.
303  */
304 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
305 {
306         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
307
308         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
309                 if (oslot < nslot)
310                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
311                 else
312                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
313         }
314 }
315
316 /**
317  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
318  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
319  *
320  * RETURNS:
321  * The address of the found chunk.
322  */
323 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
324 {
325         void *first_start = pcpu_first_chunk->vm->addr;
326
327         /* is it in the first chunk? */
328         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
329                 /* is it in the reserved area? */
330                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
331                         return pcpu_reserved_chunk;
332                 return pcpu_first_chunk;
333         }
334
335         /*
336          * The address is relative to unit0 which might be unused and
337          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
338          * current processor before looking it up in the vmalloc
339          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
340          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
341          */
342         addr += pcpu_unit_map[smp_processor_id()] * pcpu_unit_size;
343         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
344 }
345
346 /**
347  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
348  * @chunk: target chunk
349  *
350  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
351  * A single allocation can split an area into three areas, so this
352  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
353  *
354  * CONTEXT:
355  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
356  * if area map is extended.
357  *
358  * RETURNS:
359  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
360  */
361 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
362 {
363         int new_alloc;
364         int *new;
365         size_t size;
366
367         /* has enough? */
368         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
369                 return 0;
370
371         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
372
373         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
374         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
375                 new_alloc *= 2;
376
377         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
378         if (!new) {
379                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
380                 return -ENOMEM;
381         }
382
383         /*
384          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
385          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
386          * grown.
387          */
388         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
389         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
390
391         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
392         memcpy(new, chunk->map, size);
393
394         /*
395          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
396          * one of the first chunks and still using static map.
397          */
398         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
399                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
400
401         chunk->map_alloc = new_alloc;
402         chunk->map = new;
403         return 0;
404 }
405
406 /**
407  * pcpu_split_block - split a map block
408  * @chunk: chunk of interest
409  * @i: index of map block to split
410  * @head: head size in bytes (can be 0)
411  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
412  *
413  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
414  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
415  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
416  *
417  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
418  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
419  * is inserted after the target block.
420  *
421  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
422  *
423  * CONTEXT:
424  * pcpu_lock.
425  */
426 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
427                              int head, int tail)
428 {
429         int nr_extra = !!head + !!tail;
430
431         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
432
433         /* insert new subblocks */
434         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
435                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
436         chunk->map_used += nr_extra;
437
438         if (head) {
439                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
440                 chunk->map[i++] = head;
441         }
442         if (tail) {
443                 chunk->map[i++] -= tail;
444                 chunk->map[i] = tail;
445         }
446 }
447
448 /**
449  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
450  * @chunk: chunk of interest
451  * @size: wanted size in bytes
452  * @align: wanted align
453  *
454  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
455  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
456  * populate or map the area.
457  *
458  * @chunk->map must have at least two free slots.
459  *
460  * CONTEXT:
461  * pcpu_lock.
462  *
463  * RETURNS:
464  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
465  * found.
466  */
467 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
468 {
469         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
470         int max_contig = 0;
471         int i, off;
472
473         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
474                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
475                 int head, tail;
476
477                 /* extra for alignment requirement */
478                 head = ALIGN(off, align) - off;
479                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
480
481                 if (chunk->map[i] < 0)
482                         continue;
483                 if (chunk->map[i] < head + size) {
484                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
485                         continue;
486                 }
487
488                 /*
489                  * If head is small or the previous block is free,
490                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
491                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
492                  * uncommon for percpu allocations.
493                  */
494                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
495                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
496                                 chunk->map[i - 1] += head;
497                         else {
498                                 chunk->map[i - 1] -= head;
499                                 chunk->free_size -= head;
500                         }
501                         chunk->map[i] -= head;
502                         off += head;
503                         head = 0;
504                 }
505
506                 /* if tail is small, just keep it around */
507                 tail = chunk->map[i] - head - size;
508                 if (tail < sizeof(int))
509                         tail = 0;
510
511                 /* split if warranted */
512                 if (head || tail) {
513                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
514                         if (head) {
515                                 i++;
516                                 off += head;
517                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
518                         }
519                         if (tail)
520                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
521                 }
522
523                 /* update hint and mark allocated */
524                 if (is_last)
525                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
526                 else
527                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
528                                                  max_contig);
529
530                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
531                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
532
533                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
534                 return off;
535         }
536
537         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
538         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
539
540         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
541         return -1;
542 }
543
544 /**
545  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
546  * @chunk: chunk of interest
547  * @freeme: offset of area to free
548  *
549  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
550  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
551  * the area.
552  *
553  * CONTEXT:
554  * pcpu_lock.
555  */
556 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
557 {
558         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
559         int i, off;
560
561         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
562                 if (off == freeme)
563                         break;
564         BUG_ON(off != freeme);
565         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
566
567         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
568         chunk->free_size += chunk->map[i];
569
570         /* merge with previous? */
571         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
572                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
573                 chunk->map_used--;
574                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
575                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
576                 i--;
577         }
578         /* merge with next? */
579         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
580                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
581                 chunk->map_used--;
582                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
583                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
584         }
585
586         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
587         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
588 }
589
590 /**
591  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
592  * @chunk: chunk of interest
593  * @bitmapp: output parameter for bitmap
594  * @may_alloc: may allocate the array
595  *
596  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
597  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
598  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
599  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
600  * and access exclusion is the caller's responsibility.
601  *
602  * CONTEXT:
603  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
604  * Otherwise, don't care.
605  *
606  * RETURNS:
607  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
608  */
609 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
610                                                unsigned long **bitmapp,
611                                                bool may_alloc)
612 {
613         static struct page **pages;
614         static unsigned long *bitmap;
615         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
616         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
617                              sizeof(unsigned long);
618
619         if (!pages || !bitmap) {
620                 if (may_alloc && !pages)
621                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
622                 if (may_alloc && !bitmap)
623                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
624                 if (!pages || !bitmap)
625                         return NULL;
626         }
627
628         memset(pages, 0, pages_size);
629         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
630
631         *bitmapp = bitmap;
632         return pages;
633 }
634
635 /**
636  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
637  * @chunk: chunk pages were allocated for
638  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
639  * @populated: populated bitmap
640  * @page_start: page index of the first page to be freed
641  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
642  *
643  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
644  * The pages were allocated for @chunk.
645  */
646 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
647                             struct page **pages, unsigned long *populated,
648                             int page_start, int page_end)
649 {
650         unsigned int cpu;
651         int i;
652
653         for_each_possible_cpu(cpu) {
654                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
655                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
656
657                         if (page)
658                                 __free_page(page);
659                 }
660         }
661 }
662
663 /**
664  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
665  * @chunk: target chunk
666  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
667  * @populated: populated bitmap
668  * @page_start: page index of the first page to be allocated
669  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
670  *
671  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
672  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
673  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
674  */
675 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
676                             struct page **pages, unsigned long *populated,
677                             int page_start, int page_end)
678 {
679         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
680         unsigned int cpu;
681         int i;
682
683         for_each_possible_cpu(cpu) {
684                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
685                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
686
687                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
688                         if (!*pagep) {
689                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
690                                                 page_start, page_end);
691                                 return -ENOMEM;
692                         }
693                 }
694         }
695         return 0;
696 }
697
698 /**
699  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
700  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
701  * @page_start: page index of the first page to be flushed
702  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
703  *
704  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
705  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
706  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
707  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
708  * scalable.
709  */
710 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
711                                  int page_start, int page_end)
712 {
713         flush_cache_vunmap(
714                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
715                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
716 }
717
718 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
719 {
720         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
721 }
722
723 /**
724  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
725  * @chunk: chunk of interest
726  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
727  * @populated: populated bitmap
728  * @page_start: page index of the first page to unmap
729  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
730  *
731  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
732  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
733  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
734  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
735  * proper pre/post flush functions.
736  */
737 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
738                              struct page **pages, unsigned long *populated,
739                              int page_start, int page_end)
740 {
741         unsigned int cpu;
742         int i;
743
744         for_each_possible_cpu(cpu) {
745                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
746                         struct page *page;
747
748                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
749                         WARN_ON(!page);
750                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
751                 }
752                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
753                                    page_end - page_start);
754         }
755
756         for (i = page_start; i < page_end; i++)
757                 __clear_bit(i, populated);
758 }
759
760 /**
761  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
762  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
763  * @page_start: page index of the first page to be flushed
764  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
765  *
766  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
767  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
768  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
769  *
770  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
771  * for the whole region.
772  */
773 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
774                                       int page_start, int page_end)
775 {
776         flush_tlb_kernel_range(
777                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
778                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
779 }
780
781 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
782                             int nr_pages)
783 {
784         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
785                                         PAGE_KERNEL, pages);
786 }
787
788 /**
789  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
790  * @chunk: chunk of interest
791  * @pages: pages array containing pages to be mapped
792  * @populated: populated bitmap
793  * @page_start: page index of the first page to map
794  * @page_end: page index of the last page to map + 1
795  *
796  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
797  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
798  * mappings are complete.
799  *
800  * This function is responsible for setting corresponding bits in
801  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
802  * lookup (addr -> chunk).
803  */
804 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
805                           struct page **pages, unsigned long *populated,
806                           int page_start, int page_end)
807 {
808         unsigned int cpu, tcpu;
809         int i, err;
810
811         for_each_possible_cpu(cpu) {
812                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
813                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
814                                        page_end - page_start);
815                 if (err < 0)
816                         goto err;
817         }
818
819         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
820         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
821                 for_each_possible_cpu(cpu)
822                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
823                                             chunk);
824                 __set_bit(i, populated);
825         }
826
827         return 0;
828
829 err:
830         for_each_possible_cpu(tcpu) {
831                 if (tcpu == cpu)
832                         break;
833                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
834                                    page_end - page_start);
835         }
836         return err;
837 }
838
839 /**
840  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
841  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
842  * @page_start: page index of the first page to be flushed
843  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
844  *
845  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
846  * cache.
847  *
848  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
849  * for the whole region.
850  */
851 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
852                                 int page_start, int page_end)
853 {
854         flush_cache_vmap(
855                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
856                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
857 }
858
859 /**
860  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
861  * @chunk: chunk to depopulate
862  * @off: offset to the area to depopulate
863  * @size: size of the area to depopulate in bytes
864  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
865  *
866  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
867  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
868  * and tlb after.
869  *
870  * CONTEXT:
871  * pcpu_alloc_mutex.
872  */
873 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
874 {
875         int page_start = PFN_DOWN(off);
876         int page_end = PFN_UP(off + size);
877         struct page **pages;
878         unsigned long *populated;
879         int rs, re;
880
881         /* quick path, check whether it's empty already */
882         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
883                 if (rs == page_start && re == page_end)
884                         return;
885                 break;
886         }
887
888         /* immutable chunks can't be depopulated */
889         WARN_ON(chunk->immutable);
890
891         /*
892          * If control reaches here, there must have been at least one
893          * successful population attempt so the temp pages array must
894          * be available now.
895          */
896         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
897         BUG_ON(!pages);
898
899         /* unmap and free */
900         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
901
902         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
903                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
904
905         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
906
907         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
908                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
909
910         /* commit new bitmap */
911         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
912 }
913
914 /**
915  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
916  * @chunk: chunk of interest
917  * @off: offset to the area to populate
918  * @size: size of the area to populate in bytes
919  *
920  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
921  * @chunk.  The area is cleared on return.
922  *
923  * CONTEXT:
924  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
925  */
926 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
927 {
928         int page_start = PFN_DOWN(off);
929         int page_end = PFN_UP(off + size);
930         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
931         struct page **pages;
932         unsigned long *populated;
933         unsigned int cpu;
934         int rs, re, rc;
935
936         /* quick path, check whether all pages are already there */
937         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
938                 if (rs == page_start && re == page_end)
939                         goto clear;
940                 break;
941         }
942
943         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
944         WARN_ON(chunk->immutable);
945
946         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
947         if (!pages)
948                 return -ENOMEM;
949
950         /* alloc and map */
951         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
952                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
953                 if (rc)
954                         goto err_free;
955                 free_end = re;
956         }
957
958         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
959                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
960                 if (rc)
961                         goto err_unmap;
962                 unmap_end = re;
963         }
964         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
965
966         /* commit new bitmap */
967         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
968 clear:
969         for_each_possible_cpu(cpu)
970                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
971         return 0;
972
973 err_unmap:
974         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
975         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
976                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
977         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
978 err_free:
979         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
980                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
981         return rc;
982 }
983
984 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
985 {
986         if (!chunk)
987                 return;
988         if (chunk->vm)
989                 free_vm_area(chunk->vm);
990         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
991         kfree(chunk);
992 }
993
994 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
995 {
996         struct pcpu_chunk *chunk;
997
998         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
999         if (!chunk)
1000                 return NULL;
1001
1002         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1003         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1004         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1005
1006         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
1007         if (!chunk->vm) {
1008                 free_pcpu_chunk(chunk);
1009                 return NULL;
1010         }
1011
1012         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1013         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1014         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1015
1016         return chunk;
1017 }
1018
1019 /**
1020  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1021  * @size: size of area to allocate in bytes
1022  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1023  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1024  *
1025  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1026  *
1027  * CONTEXT:
1028  * Does GFP_KERNEL allocation.
1029  *
1030  * RETURNS:
1031  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1032  */
1033 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1034 {
1035         struct pcpu_chunk *chunk;
1036         int slot, off;
1037
1038         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1039                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1040                      "percpu allocation\n", size, align);
1041                 return NULL;
1042         }
1043
1044         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1045         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1046
1047         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1048         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1049                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1050                 if (size > chunk->contig_hint ||
1051                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
1052                         goto fail_unlock;
1053                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1054                 if (off >= 0)
1055                         goto area_found;
1056                 goto fail_unlock;
1057         }
1058
1059 restart:
1060         /* search through normal chunks */
1061         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1062                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1063                         if (size > chunk->contig_hint)
1064                                 continue;
1065
1066                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1067                         case 0:
1068                                 break;
1069                         case 1:
1070                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1071                         default:
1072                                 goto fail_unlock;
1073                         }
1074
1075                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1076                         if (off >= 0)
1077                                 goto area_found;
1078                 }
1079         }
1080
1081         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1082         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1083
1084         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1085         if (!chunk)
1086                 goto fail_unlock_mutex;
1087
1088         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1089         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1090         goto restart;
1091
1092 area_found:
1093         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1094
1095         /* populate, map and clear the area */
1096         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1097                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1098                 pcpu_free_area(chunk, off);
1099                 goto fail_unlock;
1100         }
1101
1102         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1103
1104         /* return address relative to unit0 */
1105         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
1106
1107 fail_unlock:
1108         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1109 fail_unlock_mutex:
1110         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1111         return NULL;
1112 }
1113
1114 /**
1115  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1116  * @size: size of area to allocate in bytes
1117  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1118  *
1119  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1120  * sleep.  Might trigger writeouts.
1121  *
1122  * CONTEXT:
1123  * Does GFP_KERNEL allocation.
1124  *
1125  * RETURNS:
1126  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1127  */
1128 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1129 {
1130         return pcpu_alloc(size, align, false);
1131 }
1132 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1133
1134 /**
1135  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1136  * @size: size of area to allocate in bytes
1137  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1138  *
1139  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1140  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1141  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1142  *
1143  * CONTEXT:
1144  * Does GFP_KERNEL allocation.
1145  *
1146  * RETURNS:
1147  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1148  */
1149 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1150 {
1151         return pcpu_alloc(size, align, true);
1152 }
1153
1154 /**
1155  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1156  * @work: unused
1157  *
1158  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1159  *
1160  * CONTEXT:
1161  * workqueue context.
1162  */
1163 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1164 {
1165         LIST_HEAD(todo);
1166         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1167         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1168
1169         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1170         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1171
1172         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1173                 WARN_ON(chunk->immutable);
1174
1175                 /* spare the first one */
1176                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1177                         continue;
1178
1179                 list_move(&chunk->list, &todo);
1180         }
1181
1182         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1183         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
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
1191 /**
1192  * free_percpu - free percpu area
1193  * @ptr: pointer to area to free
1194  *
1195  * Free percpu area @ptr.
1196  *
1197  * CONTEXT:
1198  * Can be called from atomic context.
1199  */
1200 void free_percpu(void *ptr)
1201 {
1202         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1203         struct pcpu_chunk *chunk;
1204         unsigned long flags;
1205         int off;
1206
1207         if (!ptr)
1208                 return;
1209
1210         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1211
1212         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1213         off = addr - chunk->vm->addr;
1214
1215         pcpu_free_area(chunk, off);
1216
1217         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1218         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1219                 struct pcpu_chunk *pos;
1220
1221                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1222                         if (pos != chunk) {
1223                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1224                                 break;
1225                         }
1226         }
1227
1228         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1229 }
1230 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1231
1232 /**
1233  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1234  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1235  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes, 0 for none
1236  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1237  * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE
1238  * @base_addr: mapped address
1239  * @unit_map: cpu -> unit map, NULL for sequential mapping
1240  *
1241  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1242  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1243  * setup path.
1244  *
1245  * @reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1246  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1247  * the first chunk such that it's available only through reserved
1248  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1249  * static areas on architectures where the addressing model has
1250  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1251  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1252  *
1253  * @dyn_size, if non-negative, determines the number of bytes
1254  * available for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying
1255  * non-negative value makes percpu leave alone the area beyond
1256  * @static_size + @reserved_size + @dyn_size.
1257  *
1258  * @unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE and
1259  * equal to or larger than @static_size + @reserved_size + if
1260  * non-negative, @dyn_size.
1261  *
1262  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1263  * copied static data to each unit.
1264  *
1265  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1266  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1267  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1268  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1269  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1270  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1271  *
1272  * RETURNS:
1273  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1274  * percpu access.
1275  */
1276 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1277                                      ssize_t dyn_size, size_t unit_size,
1278                                      void *base_addr, const int *unit_map)
1279 {
1280         static struct vm_struct first_vm;
1281         static int smap[2], dmap[2];
1282         size_t size_sum = static_size + reserved_size +
1283                           (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0);
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(num_possible_cpus() *
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 = num_possible_cpus();
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         if (dyn_size < 0)
1347                 dyn_size = pcpu_unit_size - static_size - reserved_size;
1348
1349         first_vm.flags = VM_ALLOC;
1350         first_vm.size = pcpu_chunk_size;
1351         first_vm.addr = base_addr;
1352
1353         /*
1354          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1355          * empty chunks.
1356          */
1357         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1358         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1359         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1360                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1361
1362         /*
1363          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1364          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1365          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1366          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1367          * static percpu allocation).
1368          */
1369         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1370         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1371         schunk->vm = &first_vm;
1372         schunk->map = smap;
1373         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1374         schunk->immutable = true;
1375         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1376
1377         if (reserved_size) {
1378                 schunk->free_size = reserved_size;
1379                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1380                 pcpu_reserved_chunk_limit = static_size + reserved_size;
1381         } else {
1382                 schunk->free_size = dyn_size;
1383                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1384         }
1385         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1386
1387         schunk->map[schunk->map_used++] = -static_size;
1388         if (schunk->free_size)
1389                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1390
1391         /* init dynamic chunk if necessary */
1392         if (dyn_size) {
1393                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1394                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1395                 dchunk->vm = &first_vm;
1396                 dchunk->map = dmap;
1397                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1398                 dchunk->immutable = true;
1399                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1400
1401                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1402                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1403                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1404         }
1405
1406         /* link the first chunk in */
1407         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1408         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1409
1410         /* we're done */
1411         pcpu_base_addr = schunk->vm->addr;
1412         return pcpu_unit_size;
1413 }
1414
1415 static size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size, size_t reserved_size,
1416                                  ssize_t *dyn_sizep)
1417 {
1418         size_t size_sum;
1419
1420         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1421                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1422         if (*dyn_sizep != 0)
1423                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1424
1425         return size_sum;
1426 }
1427
1428 /**
1429  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1430  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1431  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1432  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1433  *
1434  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1435  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1436  *
1437  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1438  * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
1439  * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
1440  * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
1441  * page size.
1442  *
1443  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1444  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1445  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1446  * and reserved areas.
1447  *
1448  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1449  * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
1450  *
1451  * RETURNS:
1452  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1453  * percpu access on success, -errno on failure.
1454  */
1455 ssize_t __init pcpu_embed_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1456                                       ssize_t dyn_size)
1457 {
1458         size_t size_sum, unit_size, chunk_size;
1459         void *base;
1460         unsigned int cpu;
1461
1462         /* determine parameters and allocate */
1463         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1464
1465         unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1466         chunk_size = unit_size * num_possible_cpus();
1467
1468         base = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
1469                                        __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
1470         if (!base) {
1471                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
1472                            "embedding\n", chunk_size);
1473                 return -ENOMEM;
1474         }
1475
1476         /* return the leftover and copy */
1477         for_each_possible_cpu(cpu) {
1478                 void *ptr = base + cpu * unit_size;
1479
1480                 free_bootmem(__pa(ptr + size_sum), unit_size - size_sum);
1481                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
1482         }
1483
1484         /* we're ready, commit */
1485         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages at %p, static data %zu bytes\n",
1486                 size_sum >> PAGE_SHIFT, base, static_size);
1487
1488         return pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, dyn_size,
1489                                       unit_size, base, NULL);
1490 }
1491
1492 /**
1493  * pcpu_4k_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1494  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1495  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1496  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1497  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1498  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1499  *
1500  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1501  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1502  *
1503  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1504  * page-by-page into vmalloc area.
1505  *
1506  * RETURNS:
1507  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1508  * percpu access on success, -errno on failure.
1509  */
1510 ssize_t __init pcpu_4k_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1511                                    pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1512                                    pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1513                                    pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1514 {
1515         static struct vm_struct vm;
1516         int unit_pages;
1517         size_t pages_size;
1518         struct page **pages;
1519         unsigned int cpu;
1520         int i, j;
1521         ssize_t ret;
1522
1523         unit_pages = PFN_UP(max_t(size_t, static_size + reserved_size,
1524                                   PCPU_MIN_UNIT_SIZE));
1525
1526         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1527         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1528                                sizeof(pages[0]));
1529         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1530
1531         /* allocate pages */
1532         j = 0;
1533         for_each_possible_cpu(cpu)
1534                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1535                         void *ptr;
1536
1537                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE);
1538                         if (!ptr) {
1539                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate "
1540                                            "4k page for cpu%u\n", cpu);
1541                                 goto enomem;
1542                         }
1543                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1544                 }
1545
1546         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1547         vm.flags = VM_ALLOC;
1548         vm.size = num_possible_cpus() * unit_pages << PAGE_SHIFT;
1549         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1550
1551         for_each_possible_cpu(cpu) {
1552                 unsigned long unit_addr = (unsigned long)vm.addr +
1553                         (cpu * unit_pages << PAGE_SHIFT);
1554
1555                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1556                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1557
1558                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1559                 ret = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[cpu * unit_pages],
1560                                        unit_pages);
1561                 if (ret < 0)
1562                         panic("failed to map percpu area, err=%zd\n", ret);
1563
1564                 /*
1565                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1566                  * cache for the linear mapping here - something
1567                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1568                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1569                  * data structures are not set up yet.
1570                  */
1571
1572                 /* copy static data */
1573                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, static_size);
1574         }
1575
1576         /* we're ready, commit */
1577         pr_info("PERCPU: %d 4k pages per cpu, static data %zu bytes\n",
1578                 unit_pages, static_size);
1579
1580         ret = pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, -1,
1581                                      unit_pages << PAGE_SHIFT, vm.addr, NULL);
1582         goto out_free_ar;
1583
1584 enomem:
1585         while (--j >= 0)
1586                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
1587         ret = -ENOMEM;
1588 out_free_ar:
1589         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
1590         return ret;
1591 }
1592
1593 /*
1594  * Large page remapping first chunk setup helper
1595  */
1596 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1597 struct pcpul_ent {
1598         unsigned int    cpu;
1599         void            *ptr;
1600 };
1601
1602 static size_t pcpul_size;
1603 static size_t pcpul_unit_size;
1604 static struct pcpul_ent *pcpul_map;
1605 static struct vm_struct pcpul_vm;
1606
1607 /**
1608  * pcpu_lpage_first_chunk - remap the first percpu chunk using large page
1609  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1610  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1611  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1612  * @lpage_size: the size of a large page
1613  * @alloc_fn: function to allocate percpu lpage, always called with lpage_size
1614  * @free_fn: function to free percpu memory, @size <= lpage_size
1615  * @map_fn: function to map percpu lpage, always called with lpage_size
1616  *
1617  * This allocator uses large page as unit.  A large page is allocated
1618  * for each cpu and each is remapped into vmalloc area using large
1619  * page mapping.  As large page can be quite large, only part of it is
1620  * used for the first chunk.  Unused part is returned to the bootmem
1621  * allocator.
1622  *
1623  * So, the large pages are mapped twice - once to the physical mapping
1624  * and to the vmalloc area for the first percpu chunk.  The double
1625  * mapping does add one more large TLB entry pressure but still is
1626  * much better than only using 4k mappings while still being NUMA
1627  * friendly.
1628  *
1629  * RETURNS:
1630  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1631  * percpu access on success, -errno on failure.
1632  */
1633 ssize_t __init pcpu_lpage_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1634                                       ssize_t dyn_size, size_t lpage_size,
1635                                       pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1636                                       pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1637                                       pcpu_fc_map_fn_t map_fn)
1638 {
1639         size_t size_sum;
1640         size_t map_size;
1641         unsigned int cpu;
1642         int i, j;
1643         ssize_t ret;
1644
1645         /*
1646          * Currently supports only single page.  Supporting multiple
1647          * pages won't be too difficult if it ever becomes necessary.
1648          */
1649         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1650
1651         pcpul_unit_size = lpage_size;
1652         pcpul_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1653         if (pcpul_size > pcpul_unit_size) {
1654                 pr_warning("PERCPU: static data is larger than large page, "
1655                            "can't use large page\n");
1656                 return -EINVAL;
1657         }
1658
1659         /* allocate pointer array and alloc large pages */
1660         map_size = PFN_ALIGN(num_possible_cpus() * sizeof(pcpul_map[0]));
1661         pcpul_map = alloc_bootmem(map_size);
1662
1663         for_each_possible_cpu(cpu) {
1664                 void *ptr;
1665
1666                 ptr = alloc_fn(cpu, lpage_size);
1667                 if (!ptr) {
1668                         pr_warning("PERCPU: failed to allocate large page "
1669                                    "for cpu%u\n", cpu);
1670                         goto enomem;
1671                 }
1672
1673                 /*
1674                  * Only use pcpul_size bytes and give back the rest.
1675                  *
1676                  * Ingo: The lpage_size up-rounding bootmem is needed
1677                  * to make sure the partial lpage is still fully RAM -
1678                  * it's not well-specified to have a incompatible area
1679                  * (unmapped RAM, device memory, etc.) in that hole.
1680                  */
1681                 free_fn(ptr + pcpul_size, lpage_size - pcpul_size);
1682
1683                 pcpul_map[cpu].cpu = cpu;
1684                 pcpul_map[cpu].ptr = ptr;
1685
1686                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
1687         }
1688
1689         /* allocate address and map */
1690         pcpul_vm.flags = VM_ALLOC;
1691         pcpul_vm.size = num_possible_cpus() * pcpul_unit_size;
1692         vm_area_register_early(&pcpul_vm, pcpul_unit_size);
1693
1694         for_each_possible_cpu(cpu)
1695                 map_fn(pcpul_map[cpu].ptr, pcpul_unit_size,
1696                        pcpul_vm.addr + cpu * pcpul_unit_size);
1697
1698         /* we're ready, commit */
1699         pr_info("PERCPU: Remapped at %p with large pages, static data "
1700                 "%zu bytes\n", pcpul_vm.addr, static_size);
1701
1702         ret = pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, dyn_size,
1703                                      pcpul_unit_size, pcpul_vm.addr, NULL);
1704
1705         /* sort pcpul_map array for pcpu_lpage_remapped() */
1706         for (i = 0; i < num_possible_cpus() - 1; i++)
1707                 for (j = i + 1; j < num_possible_cpus(); j++)
1708                         if (pcpul_map[i].ptr > pcpul_map[j].ptr) {
1709                                 struct pcpul_ent tmp = pcpul_map[i];
1710                                 pcpul_map[i] = pcpul_map[j];
1711                                 pcpul_map[j] = tmp;
1712                         }
1713
1714         return ret;
1715
1716 enomem:
1717         for_each_possible_cpu(cpu)
1718                 if (pcpul_map[cpu].ptr)
1719                         free_fn(pcpul_map[cpu].ptr, pcpul_size);
1720         free_bootmem(__pa(pcpul_map), map_size);
1721         return -ENOMEM;
1722 }
1723
1724 /**
1725  * pcpu_lpage_remapped - determine whether a kaddr is in pcpul recycled area
1726  * @kaddr: the kernel address in question
1727  *
1728  * Determine whether @kaddr falls in the pcpul recycled area.  This is
1729  * used by pageattr to detect VM aliases and break up the pcpu large
1730  * page mapping such that the same physical page is not mapped under
1731  * different attributes.
1732  *
1733  * The recycled area is always at the tail of a partially used large
1734  * page.
1735  *
1736  * RETURNS:
1737  * Address of corresponding remapped pcpu address if match is found;
1738  * otherwise, NULL.
1739  */
1740 void *pcpu_lpage_remapped(void *kaddr)
1741 {
1742         unsigned long unit_mask = pcpul_unit_size - 1;
1743         void *lpage_addr = (void *)((unsigned long)kaddr & ~unit_mask);
1744         unsigned long offset = (unsigned long)kaddr & unit_mask;
1745         int left = 0, right = num_possible_cpus() - 1;
1746         int pos;
1747
1748         /* pcpul in use at all? */
1749         if (!pcpul_map)
1750                 return NULL;
1751
1752         /* okay, perform binary search */
1753         while (left <= right) {
1754                 pos = (left + right) / 2;
1755
1756                 if (pcpul_map[pos].ptr < lpage_addr)
1757                         left = pos + 1;
1758                 else if (pcpul_map[pos].ptr > lpage_addr)
1759                         right = pos - 1;
1760                 else {
1761                         /* it shouldn't be in the area for the first chunk */
1762                         WARN_ON(offset < pcpul_size);
1763
1764                         return pcpul_vm.addr +
1765                                 pcpul_map[pos].cpu * pcpul_unit_size + offset;
1766                 }
1767         }
1768
1769         return NULL;
1770 }
1771 #endif
1772
1773 /*
1774  * Generic percpu area setup.
1775  *
1776  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
1777  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
1778  * important because many archs have addressing restrictions and might
1779  * fail if the percpu area is located far away from the previous
1780  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
1781  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
1782  * on the physical linear memory mapping which uses large page
1783  * mappings on applicable archs.
1784  */
1785 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
1786 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
1787 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
1788
1789 void __init setup_per_cpu_areas(void)
1790 {
1791         size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1792         ssize_t unit_size;
1793         unsigned long delta;
1794         unsigned int cpu;
1795
1796         /*
1797          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
1798          * what the legacy allocator did.
1799          */
1800         unit_size = pcpu_embed_first_chunk(static_size, PERCPU_MODULE_RESERVE,
1801                                            PERCPU_DYNAMIC_RESERVE);
1802         if (unit_size < 0)
1803                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
1804
1805         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
1806         for_each_possible_cpu(cpu)
1807                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + cpu * unit_size;
1808 }
1809 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */