Merge branch 'for-linus' into for-next
[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  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
50  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
51  *   different from the default
52  *
53  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
54  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
55  */
56
57 #include <linux/bitmap.h>
58 #include <linux/bootmem.h>
59 #include <linux/err.h>
60 #include <linux/list.h>
61 #include <linux/log2.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         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
96         int                     map_used;       /* # of map entries used */
97         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
98         int                     *map;           /* allocation map */
99         struct vm_struct        **vms;          /* mapped vmalloc regions */
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_atom_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 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
120 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
121
122 /* group information, used for vm allocation */
123 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
124 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
125 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
126
127 /*
128  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
129  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
130  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
131  */
132 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
133
134 /*
135  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
136  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
137  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
138  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
139  * respectively.
140  */
141 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
142 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
143
144 /*
145  * Synchronization rules.
146  *
147  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
148  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
149  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
150  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
151  *
152  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
153  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
154  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
155  *
156  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
157  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
158  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
159  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
160  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
161  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
162  * allocation path might be referencing the chunk with only
163  * pcpu_alloc_mutex locked.
164  */
165 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
166 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
167
168 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
169
170 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
171 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
172 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
173
174 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
175 {
176         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
177         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
178 }
179
180 static int pcpu_size_to_slot(int size)
181 {
182         if (size == pcpu_unit_size)
183                 return pcpu_nr_slots - 1;
184         return __pcpu_size_to_slot(size);
185 }
186
187 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
188 {
189         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
190                 return 0;
191
192         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
193 }
194
195 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
196 {
197         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
198 }
199
200 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
201                                      unsigned int cpu, int page_idx)
202 {
203         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
204                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
205 }
206
207 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
208                                     unsigned int cpu, int page_idx)
209 {
210         /* must not be used on pre-mapped chunk */
211         WARN_ON(chunk->immutable);
212
213         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
214 }
215
216 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
217 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
218 {
219         page->index = (unsigned long)pcpu;
220 }
221
222 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
223 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
224 {
225         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
226 }
227
228 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
229 {
230         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
231         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
232 }
233
234 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
235 {
236         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
237         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
238 }
239
240 /*
241  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
242  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
243  * be integer variables and will be set to start and end page index of
244  * the current region.
245  */
246 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
247         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
248              (rs) < (re);                                                   \
249              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
250
251 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
252         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
253              (rs) < (re);                                                   \
254              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
255
256 /**
257  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
258  * @size: bytes to allocate
259  *
260  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
261  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
262  * memory is always zeroed.
263  *
264  * CONTEXT:
265  * Does GFP_KERNEL allocation.
266  *
267  * RETURNS:
268  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
269  */
270 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
271 {
272         if (size <= PAGE_SIZE)
273                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
274         else {
275                 void *ptr = vmalloc(size);
276                 if (ptr)
277                         memset(ptr, 0, size);
278                 return ptr;
279         }
280 }
281
282 /**
283  * pcpu_mem_free - free memory
284  * @ptr: memory to free
285  * @size: size of the area
286  *
287  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
288  */
289 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
290 {
291         if (size <= PAGE_SIZE)
292                 kfree(ptr);
293         else
294                 vfree(ptr);
295 }
296
297 /**
298  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
299  * @chunk: chunk of interest
300  * @oslot: the previous slot it was on
301  *
302  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
303  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
304  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
305  * chunk slots.
306  *
307  * CONTEXT:
308  * pcpu_lock.
309  */
310 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
311 {
312         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
313
314         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
315                 if (oslot < nslot)
316                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
317                 else
318                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
319         }
320 }
321
322 /**
323  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
324  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
325  *
326  * RETURNS:
327  * The address of the found chunk.
328  */
329 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
330 {
331         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
332
333         /* is it in the first chunk? */
334         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
335                 /* is it in the reserved area? */
336                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
337                         return pcpu_reserved_chunk;
338                 return pcpu_first_chunk;
339         }
340
341         /*
342          * The address is relative to unit0 which might be unused and
343          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
344          * current processor before looking it up in the vmalloc
345          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
346          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
347          */
348         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
349         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
350 }
351
352 /**
353  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
354  * @chunk: target chunk
355  *
356  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
357  * A single allocation can split an area into three areas, so this
358  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
359  *
360  * CONTEXT:
361  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
362  * if area map is extended.
363  *
364  * RETURNS:
365  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
366  */
367 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
368 {
369         int new_alloc;
370         int *new;
371         size_t size;
372
373         /* has enough? */
374         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
375                 return 0;
376
377         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
378
379         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
380         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
381                 new_alloc *= 2;
382
383         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
384         if (!new) {
385                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
386                 return -ENOMEM;
387         }
388
389         /*
390          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
391          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
392          * grown.
393          */
394         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
395         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
396
397         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
398         memcpy(new, chunk->map, size);
399
400         /*
401          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
402          * one of the first chunks and still using static map.
403          */
404         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
405                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
406
407         chunk->map_alloc = new_alloc;
408         chunk->map = new;
409         return 0;
410 }
411
412 /**
413  * pcpu_split_block - split a map block
414  * @chunk: chunk of interest
415  * @i: index of map block to split
416  * @head: head size in bytes (can be 0)
417  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
418  *
419  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
420  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
421  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
422  *
423  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
424  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
425  * is inserted after the target block.
426  *
427  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
428  *
429  * CONTEXT:
430  * pcpu_lock.
431  */
432 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
433                              int head, int tail)
434 {
435         int nr_extra = !!head + !!tail;
436
437         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
438
439         /* insert new subblocks */
440         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
441                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
442         chunk->map_used += nr_extra;
443
444         if (head) {
445                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
446                 chunk->map[i++] = head;
447         }
448         if (tail) {
449                 chunk->map[i++] -= tail;
450                 chunk->map[i] = tail;
451         }
452 }
453
454 /**
455  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
456  * @chunk: chunk of interest
457  * @size: wanted size in bytes
458  * @align: wanted align
459  *
460  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
461  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
462  * populate or map the area.
463  *
464  * @chunk->map must have at least two free slots.
465  *
466  * CONTEXT:
467  * pcpu_lock.
468  *
469  * RETURNS:
470  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
471  * found.
472  */
473 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
474 {
475         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
476         int max_contig = 0;
477         int i, off;
478
479         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
480                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
481                 int head, tail;
482
483                 /* extra for alignment requirement */
484                 head = ALIGN(off, align) - off;
485                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
486
487                 if (chunk->map[i] < 0)
488                         continue;
489                 if (chunk->map[i] < head + size) {
490                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
491                         continue;
492                 }
493
494                 /*
495                  * If head is small or the previous block is free,
496                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
497                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
498                  * uncommon for percpu allocations.
499                  */
500                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
501                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
502                                 chunk->map[i - 1] += head;
503                         else {
504                                 chunk->map[i - 1] -= head;
505                                 chunk->free_size -= head;
506                         }
507                         chunk->map[i] -= head;
508                         off += head;
509                         head = 0;
510                 }
511
512                 /* if tail is small, just keep it around */
513                 tail = chunk->map[i] - head - size;
514                 if (tail < sizeof(int))
515                         tail = 0;
516
517                 /* split if warranted */
518                 if (head || tail) {
519                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
520                         if (head) {
521                                 i++;
522                                 off += head;
523                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
524                         }
525                         if (tail)
526                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
527                 }
528
529                 /* update hint and mark allocated */
530                 if (is_last)
531                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
532                 else
533                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
534                                                  max_contig);
535
536                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
537                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
538
539                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
540                 return off;
541         }
542
543         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
544         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
545
546         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
547         return -1;
548 }
549
550 /**
551  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
552  * @chunk: chunk of interest
553  * @freeme: offset of area to free
554  *
555  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
556  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
557  * the area.
558  *
559  * CONTEXT:
560  * pcpu_lock.
561  */
562 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
563 {
564         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
565         int i, off;
566
567         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
568                 if (off == freeme)
569                         break;
570         BUG_ON(off != freeme);
571         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
572
573         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
574         chunk->free_size += chunk->map[i];
575
576         /* merge with previous? */
577         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
578                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
579                 chunk->map_used--;
580                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
581                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
582                 i--;
583         }
584         /* merge with next? */
585         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
586                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
587                 chunk->map_used--;
588                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
589                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
590         }
591
592         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
593         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
594 }
595
596 /**
597  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
598  * @chunk: chunk of interest
599  * @bitmapp: output parameter for bitmap
600  * @may_alloc: may allocate the array
601  *
602  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
603  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
604  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
605  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
606  * and access exclusion is the caller's responsibility.
607  *
608  * CONTEXT:
609  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
610  * Otherwise, don't care.
611  *
612  * RETURNS:
613  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
614  */
615 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
616                                                unsigned long **bitmapp,
617                                                bool may_alloc)
618 {
619         static struct page **pages;
620         static unsigned long *bitmap;
621         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
622         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
623                              sizeof(unsigned long);
624
625         if (!pages || !bitmap) {
626                 if (may_alloc && !pages)
627                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
628                 if (may_alloc && !bitmap)
629                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
630                 if (!pages || !bitmap)
631                         return NULL;
632         }
633
634         memset(pages, 0, pages_size);
635         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
636
637         *bitmapp = bitmap;
638         return pages;
639 }
640
641 /**
642  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
643  * @chunk: chunk pages were allocated for
644  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
645  * @populated: populated bitmap
646  * @page_start: page index of the first page to be freed
647  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
648  *
649  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
650  * The pages were allocated for @chunk.
651  */
652 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
653                             struct page **pages, unsigned long *populated,
654                             int page_start, int page_end)
655 {
656         unsigned int cpu;
657         int i;
658
659         for_each_possible_cpu(cpu) {
660                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
661                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
662
663                         if (page)
664                                 __free_page(page);
665                 }
666         }
667 }
668
669 /**
670  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
671  * @chunk: target chunk
672  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
673  * @populated: populated bitmap
674  * @page_start: page index of the first page to be allocated
675  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
676  *
677  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
678  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
679  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
680  */
681 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
682                             struct page **pages, unsigned long *populated,
683                             int page_start, int page_end)
684 {
685         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
686         unsigned int cpu;
687         int i;
688
689         for_each_possible_cpu(cpu) {
690                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
691                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
692
693                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
694                         if (!*pagep) {
695                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
696                                                 page_start, page_end);
697                                 return -ENOMEM;
698                         }
699                 }
700         }
701         return 0;
702 }
703
704 /**
705  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
706  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
707  * @page_start: page index of the first page to be flushed
708  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
709  *
710  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
711  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
712  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
713  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
714  * scalable.
715  */
716 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
717                                  int page_start, int page_end)
718 {
719         flush_cache_vunmap(
720                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
721                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
722 }
723
724 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
725 {
726         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
727 }
728
729 /**
730  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
731  * @chunk: chunk of interest
732  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
733  * @populated: populated bitmap
734  * @page_start: page index of the first page to unmap
735  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
736  *
737  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
738  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
739  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
740  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
741  * proper pre/post flush functions.
742  */
743 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
744                              struct page **pages, unsigned long *populated,
745                              int page_start, int page_end)
746 {
747         unsigned int cpu;
748         int i;
749
750         for_each_possible_cpu(cpu) {
751                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
752                         struct page *page;
753
754                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
755                         WARN_ON(!page);
756                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
757                 }
758                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
759                                    page_end - page_start);
760         }
761
762         for (i = page_start; i < page_end; i++)
763                 __clear_bit(i, populated);
764 }
765
766 /**
767  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
768  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
769  * @page_start: page index of the first page to be flushed
770  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
771  *
772  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
773  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
774  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
775  *
776  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
777  * for the whole region.
778  */
779 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
780                                       int page_start, int page_end)
781 {
782         flush_tlb_kernel_range(
783                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
784                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
785 }
786
787 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
788                             int nr_pages)
789 {
790         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
791                                         PAGE_KERNEL, pages);
792 }
793
794 /**
795  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
796  * @chunk: chunk of interest
797  * @pages: pages array containing pages to be mapped
798  * @populated: populated bitmap
799  * @page_start: page index of the first page to map
800  * @page_end: page index of the last page to map + 1
801  *
802  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
803  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
804  * mappings are complete.
805  *
806  * This function is responsible for setting corresponding bits in
807  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
808  * lookup (addr -> chunk).
809  */
810 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
811                           struct page **pages, unsigned long *populated,
812                           int page_start, int page_end)
813 {
814         unsigned int cpu, tcpu;
815         int i, err;
816
817         for_each_possible_cpu(cpu) {
818                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
819                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
820                                        page_end - page_start);
821                 if (err < 0)
822                         goto err;
823         }
824
825         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
826         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
827                 for_each_possible_cpu(cpu)
828                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
829                                             chunk);
830                 __set_bit(i, populated);
831         }
832
833         return 0;
834
835 err:
836         for_each_possible_cpu(tcpu) {
837                 if (tcpu == cpu)
838                         break;
839                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
840                                    page_end - page_start);
841         }
842         return err;
843 }
844
845 /**
846  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
847  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
848  * @page_start: page index of the first page to be flushed
849  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
850  *
851  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
852  * cache.
853  *
854  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
855  * for the whole region.
856  */
857 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
858                                 int page_start, int page_end)
859 {
860         flush_cache_vmap(
861                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
862                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
863 }
864
865 /**
866  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
867  * @chunk: chunk to depopulate
868  * @off: offset to the area to depopulate
869  * @size: size of the area to depopulate in bytes
870  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
871  *
872  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
873  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
874  * and tlb after.
875  *
876  * CONTEXT:
877  * pcpu_alloc_mutex.
878  */
879 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
880 {
881         int page_start = PFN_DOWN(off);
882         int page_end = PFN_UP(off + size);
883         struct page **pages;
884         unsigned long *populated;
885         int rs, re;
886
887         /* quick path, check whether it's empty already */
888         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
889                 if (rs == page_start && re == page_end)
890                         return;
891                 break;
892         }
893
894         /* immutable chunks can't be depopulated */
895         WARN_ON(chunk->immutable);
896
897         /*
898          * If control reaches here, there must have been at least one
899          * successful population attempt so the temp pages array must
900          * be available now.
901          */
902         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
903         BUG_ON(!pages);
904
905         /* unmap and free */
906         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
907
908         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
909                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
910
911         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
912
913         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
914                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
915
916         /* commit new bitmap */
917         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
918 }
919
920 /**
921  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
922  * @chunk: chunk of interest
923  * @off: offset to the area to populate
924  * @size: size of the area to populate in bytes
925  *
926  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
927  * @chunk.  The area is cleared on return.
928  *
929  * CONTEXT:
930  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
931  */
932 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
933 {
934         int page_start = PFN_DOWN(off);
935         int page_end = PFN_UP(off + size);
936         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
937         struct page **pages;
938         unsigned long *populated;
939         unsigned int cpu;
940         int rs, re, rc;
941
942         /* quick path, check whether all pages are already there */
943         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
944                 if (rs == page_start && re == page_end)
945                         goto clear;
946                 break;
947         }
948
949         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
950         WARN_ON(chunk->immutable);
951
952         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
953         if (!pages)
954                 return -ENOMEM;
955
956         /* alloc and map */
957         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
958                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
959                 if (rc)
960                         goto err_free;
961                 free_end = re;
962         }
963
964         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
965                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
966                 if (rc)
967                         goto err_unmap;
968                 unmap_end = re;
969         }
970         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
971
972         /* commit new bitmap */
973         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
974 clear:
975         for_each_possible_cpu(cpu)
976                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
977         return 0;
978
979 err_unmap:
980         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
981         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
982                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
983         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
984 err_free:
985         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
986                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
987         return rc;
988 }
989
990 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
991 {
992         if (!chunk)
993                 return;
994         if (chunk->vms)
995                 pcpu_free_vm_areas(chunk->vms, pcpu_nr_groups);
996         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
997         kfree(chunk);
998 }
999
1000 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
1001 {
1002         struct pcpu_chunk *chunk;
1003
1004         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1005         if (!chunk)
1006                 return NULL;
1007
1008         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1009         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1010         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1011
1012         chunk->vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
1013                                        pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size,
1014                                        GFP_KERNEL);
1015         if (!chunk->vms) {
1016                 free_pcpu_chunk(chunk);
1017                 return NULL;
1018         }
1019
1020         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1021         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1022         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1023         chunk->base_addr = chunk->vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
1024
1025         return chunk;
1026 }
1027
1028 /**
1029  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1030  * @size: size of area to allocate in bytes
1031  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1032  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1033  *
1034  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1035  *
1036  * CONTEXT:
1037  * Does GFP_KERNEL allocation.
1038  *
1039  * RETURNS:
1040  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1041  */
1042 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1043 {
1044         static int warn_limit = 10;
1045         struct pcpu_chunk *chunk;
1046         const char *err;
1047         int slot, off;
1048
1049         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1050                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1051                      "percpu allocation\n", size, align);
1052                 return NULL;
1053         }
1054
1055         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1056         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1057
1058         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1059         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1060                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1061                 if (size > chunk->contig_hint ||
1062                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0) {
1063                         err = "failed to extend area map of reserved chunk";
1064                         goto fail_unlock;
1065                 }
1066                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1067                 if (off >= 0)
1068                         goto area_found;
1069                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1070                 goto fail_unlock;
1071         }
1072
1073 restart:
1074         /* search through normal chunks */
1075         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1076                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1077                         if (size > chunk->contig_hint)
1078                                 continue;
1079
1080                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1081                         case 0:
1082                                 break;
1083                         case 1:
1084                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1085                         default:
1086                                 err = "failed to extend area map";
1087                                 goto fail_unlock;
1088                         }
1089
1090                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1091                         if (off >= 0)
1092                                 goto area_found;
1093                 }
1094         }
1095
1096         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1097         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1098
1099         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1100         if (!chunk) {
1101                 err = "failed to allocate new chunk";
1102                 goto fail_unlock_mutex;
1103         }
1104
1105         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1106         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1107         goto restart;
1108
1109 area_found:
1110         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1111
1112         /* populate, map and clear the area */
1113         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1114                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1115                 pcpu_free_area(chunk, off);
1116                 err = "failed to populate";
1117                 goto fail_unlock;
1118         }
1119
1120         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1121
1122         /* return address relative to base address */
1123         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1124
1125 fail_unlock:
1126         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1127 fail_unlock_mutex:
1128         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1129         if (warn_limit) {
1130                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu, "
1131                            "%s\n", size, align, err);
1132                 dump_stack();
1133                 if (!--warn_limit)
1134                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1135         }
1136         return NULL;
1137 }
1138
1139 /**
1140  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1141  * @size: size of area to allocate in bytes
1142  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1143  *
1144  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1145  * sleep.  Might trigger writeouts.
1146  *
1147  * CONTEXT:
1148  * Does GFP_KERNEL allocation.
1149  *
1150  * RETURNS:
1151  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1152  */
1153 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1154 {
1155         return pcpu_alloc(size, align, false);
1156 }
1157 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1158
1159 /**
1160  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1161  * @size: size of area to allocate in bytes
1162  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1163  *
1164  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1165  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1166  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1167  *
1168  * CONTEXT:
1169  * Does GFP_KERNEL allocation.
1170  *
1171  * RETURNS:
1172  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1173  */
1174 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1175 {
1176         return pcpu_alloc(size, align, true);
1177 }
1178
1179 /**
1180  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1181  * @work: unused
1182  *
1183  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1184  *
1185  * CONTEXT:
1186  * workqueue context.
1187  */
1188 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1189 {
1190         LIST_HEAD(todo);
1191         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1192         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1193
1194         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1195         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1196
1197         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1198                 WARN_ON(chunk->immutable);
1199
1200                 /* spare the first one */
1201                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1202                         continue;
1203
1204                 list_move(&chunk->list, &todo);
1205         }
1206
1207         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1208
1209         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1210                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1211                 free_pcpu_chunk(chunk);
1212         }
1213
1214         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1215 }
1216
1217 /**
1218  * free_percpu - free percpu area
1219  * @ptr: pointer to area to free
1220  *
1221  * Free percpu area @ptr.
1222  *
1223  * CONTEXT:
1224  * Can be called from atomic context.
1225  */
1226 void free_percpu(void *ptr)
1227 {
1228         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1229         struct pcpu_chunk *chunk;
1230         unsigned long flags;
1231         int off;
1232
1233         if (!ptr)
1234                 return;
1235
1236         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1237
1238         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1239         off = addr - chunk->base_addr;
1240
1241         pcpu_free_area(chunk, off);
1242
1243         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1244         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1245                 struct pcpu_chunk *pos;
1246
1247                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1248                         if (pos != chunk) {
1249                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1250                                 break;
1251                         }
1252         }
1253
1254         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1255 }
1256 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1257
1258 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1259                                         size_t reserved_size,
1260                                         ssize_t *dyn_sizep)
1261 {
1262         size_t size_sum;
1263
1264         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1265                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1266         if (*dyn_sizep != 0)
1267                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1268
1269         return size_sum;
1270 }
1271
1272 /**
1273  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1274  * @nr_groups: the number of groups
1275  * @nr_units: the number of units
1276  *
1277  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1278  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1279  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1280  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1281  * pointer of other groups.
1282  *
1283  * RETURNS:
1284  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1285  * failure.
1286  */
1287 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1288                                                       int nr_units)
1289 {
1290         struct pcpu_alloc_info *ai;
1291         size_t base_size, ai_size;
1292         void *ptr;
1293         int unit;
1294
1295         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1296                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1297         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1298
1299         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1300         if (!ptr)
1301                 return NULL;
1302         ai = ptr;
1303         ptr += base_size;
1304
1305         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1306
1307         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1308                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1309
1310         ai->nr_groups = nr_groups;
1311         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1312
1313         return ai;
1314 }
1315
1316 /**
1317  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1318  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1319  *
1320  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1321  */
1322 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1323 {
1324         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1325 }
1326
1327 /**
1328  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1329  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1330  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1331  * @atom_size: allocation atom size
1332  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1333  *
1334  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1335  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1336  * atom size and distances between CPUs.
1337  *
1338  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1339  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1340  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1341  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1342  * of allocated virtual address space.
1343  *
1344  * RETURNS:
1345  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1346  * failure, ERR_PTR value is returned.
1347  */
1348 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1349                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1350                                 size_t atom_size,
1351                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1352 {
1353         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1354         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1355         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1356         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1357         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1358         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1359         int last_allocs, group, unit;
1360         unsigned int cpu, tcpu;
1361         struct pcpu_alloc_info *ai;
1362         unsigned int *cpu_map;
1363
1364         /* this function may be called multiple times */
1365         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1366         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_map));
1367
1368         /*
1369          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1370          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1371          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1372          * or larger than min_unit_size.
1373          */
1374         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1375         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1376
1377         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1378         upa = alloc_size / min_unit_size;
1379         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1380                 upa--;
1381         max_upa = upa;
1382
1383         /* group cpus according to their proximity */
1384         for_each_possible_cpu(cpu) {
1385                 group = 0;
1386         next_group:
1387                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1388                         if (cpu == tcpu)
1389                                 break;
1390                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1391                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1392                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1393                                 group++;
1394                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1395                                 goto next_group;
1396                         }
1397                 }
1398                 group_map[cpu] = group;
1399                 group_cnt[group]++;
1400                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1401         }
1402
1403         /*
1404          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1405          * and then as much as possible without using more address
1406          * space.
1407          */
1408         last_allocs = INT_MAX;
1409         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1410                 int allocs = 0, wasted = 0;
1411
1412                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1413                         continue;
1414
1415                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1416                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1417                         allocs += this_allocs;
1418                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1419                 }
1420
1421                 /*
1422                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1423                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1424                  * passes the following check.
1425                  */
1426                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1427                         continue;
1428
1429                 /* and then don't consume more memory */
1430                 if (allocs > last_allocs)
1431                         break;
1432                 last_allocs = allocs;
1433                 best_upa = upa;
1434         }
1435         upa = best_upa;
1436
1437         /* allocate and fill alloc_info */
1438         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1439                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1440
1441         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1442         if (!ai)
1443                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1444         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1445
1446         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1447                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1448                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1449         }
1450
1451         ai->static_size = static_size;
1452         ai->reserved_size = reserved_size;
1453         ai->dyn_size = dyn_size;
1454         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1455         ai->atom_size = atom_size;
1456         ai->alloc_size = alloc_size;
1457
1458         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1459                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1460
1461                 /*
1462                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1463                  * back-to-back.  The caller should update this to
1464                  * reflect actual allocation.
1465                  */
1466                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1467
1468                 for_each_possible_cpu(cpu)
1469                         if (group_map[cpu] == group)
1470                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1471                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1472                 unit += gi->nr_units;
1473         }
1474         BUG_ON(unit != nr_units);
1475
1476         return ai;
1477 }
1478
1479 /**
1480  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1481  * @lvl: loglevel
1482  * @ai: allocation info to dump
1483  *
1484  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1485  */
1486 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1487                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1488 {
1489         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1490         char empty_str[] = "--------";
1491         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1492         int group, v;
1493         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1494
1495         v = ai->nr_groups;
1496         while (v /= 10)
1497                 group_width++;
1498
1499         v = num_possible_cpus();
1500         while (v /= 10)
1501                 cpu_width++;
1502         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1503
1504         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1505         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1506         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1507
1508         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1509                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1510                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1511
1512         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1513                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1514                 int unit = 0, unit_end = 0;
1515
1516                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1517                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1518                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1519                         if (!(alloc % apl)) {
1520                                 printk("\n");
1521                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1522                         }
1523                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1524
1525                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1526                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1527                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1528                                                gi->cpu_map[unit]);
1529                                 else
1530                                         printk("%s ", empty_str);
1531                 }
1532         }
1533         printk("\n");
1534 }
1535
1536 /**
1537  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1538  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1539  * @base_addr: mapped address
1540  *
1541  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1542  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1543  * setup path.
1544  *
1545  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1546  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1547  *
1548  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1549  *
1550  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1551  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1552  * the first chunk such that it's available only through reserved
1553  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1554  * static areas on architectures where the addressing model has
1555  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1556  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1557  *
1558  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1559  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1560  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1561  *
1562  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1563  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1564  * @ai->dyn_size.
1565  *
1566  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1567  * for vm areas.
1568  *
1569  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1570  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1571  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1572  *
1573  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1574  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1575  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1576  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1577  * all units is assumed.
1578  *
1579  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1580  * copied static data to each unit.
1581  *
1582  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1583  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1584  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1585  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1586  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1587  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1588  *
1589  * RETURNS:
1590  * 0 on success, -errno on failure.
1591  */
1592 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1593                                   void *base_addr)
1594 {
1595         static char cpus_buf[4096] __initdata;
1596         static int smap[2], dmap[2];
1597         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1598         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1599         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1600         unsigned long *group_offsets;
1601         size_t *group_sizes;
1602         unsigned long *unit_off;
1603         unsigned int cpu;
1604         int *unit_map;
1605         int group, unit, i;
1606
1607         cpumask_scnprintf(cpus_buf, sizeof(cpus_buf), cpu_possible_mask);
1608
1609 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1610         if (unlikely(cond)) {                                           \
1611                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1612                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%s\n", cpus_buf);   \
1613                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1614                 BUG();                                                  \
1615         }                                                               \
1616 } while (0)
1617
1618         /* sanity checks */
1619         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1620                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1621         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1622         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1623         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1624         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1625         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1626         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1627
1628         /* process group information and build config tables accordingly */
1629         group_offsets = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]));
1630         group_sizes = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]));
1631         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1632         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1633
1634         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1635                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1636         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1637
1638         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1639                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1640
1641                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1642                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1643
1644                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1645                         cpu = gi->cpu_map[i];
1646                         if (cpu == NR_CPUS)
1647                                 continue;
1648
1649                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids);
1650                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1651                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1652
1653                         unit_map[cpu] = unit + i;
1654                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1655
1656                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1657                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1658                 }
1659         }
1660         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1661         pcpu_nr_units = unit;
1662
1663         for_each_possible_cpu(cpu)
1664                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1665
1666         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1667 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1668         pcpu_dump_alloc_info(KERN_INFO, ai);
1669
1670         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1671         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1672         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1673         pcpu_unit_map = unit_map;
1674         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1675
1676         /* determine basic parameters */
1677         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1678         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1679         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1680         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1681                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1682
1683         /*
1684          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1685          * empty chunks.
1686          */
1687         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1688         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1689         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1690                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1691
1692         /*
1693          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1694          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1695          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1696          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1697          * static percpu allocation).
1698          */
1699         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1700         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1701         schunk->base_addr = base_addr;
1702         schunk->map = smap;
1703         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1704         schunk->immutable = true;
1705         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1706
1707         if (ai->reserved_size) {
1708                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1709                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1710                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1711         } else {
1712                 schunk->free_size = dyn_size;
1713                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1714         }
1715         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1716
1717         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1718         if (schunk->free_size)
1719                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1720
1721         /* init dynamic chunk if necessary */
1722         if (dyn_size) {
1723                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1724                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1725                 dchunk->base_addr = base_addr;
1726                 dchunk->map = dmap;
1727                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1728                 dchunk->immutable = true;
1729                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1730
1731                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1732                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1733                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1734         }
1735
1736         /* link the first chunk in */
1737         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1738         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1739
1740         /* we're done */
1741         pcpu_base_addr = base_addr;
1742         return 0;
1743 }
1744
1745 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1746         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1747         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1748         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1749 };
1750
1751 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1752
1753 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1754 {
1755         if (0)
1756                 /* nada */;
1757 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1758         else if (!strcmp(str, "embed"))
1759                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1760 #endif
1761 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1762         else if (!strcmp(str, "page"))
1763                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1764 #endif
1765         else
1766                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1767
1768         return 0;
1769 }
1770 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1771
1772 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1773         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1774 /**
1775  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1776  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1777  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1778  * @atom_size: allocation atom size
1779  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1780  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1781  * @free_fn: funtion to free percpu page
1782  *
1783  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1784  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1785  *
1786  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1787  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1788  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1789  * aligned to @atom_size.
1790  *
1791  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1792  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1793  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1794  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1795  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1796  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1797  *
1798  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1799  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1800  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1801  * and reserved areas.
1802  *
1803  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1804  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1805  *
1806  * RETURNS:
1807  * 0 on success, -errno on failure.
1808  */
1809 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1810                                   size_t atom_size,
1811                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1812                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1813                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1814 {
1815         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1816         void **areas = NULL;
1817         struct pcpu_alloc_info *ai;
1818         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1819         int group, i, rc;
1820
1821         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1822                                    cpu_distance_fn);
1823         if (IS_ERR(ai))
1824                 return PTR_ERR(ai);
1825
1826         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1827         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1828
1829         areas = alloc_bootmem_nopanic(areas_size);
1830         if (!areas) {
1831                 rc = -ENOMEM;
1832                 goto out_free;
1833         }
1834
1835         /* allocate, copy and determine base address */
1836         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1837                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1838                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1839                 void *ptr;
1840
1841                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1842                         cpu = gi->cpu_map[i];
1843                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1844
1845                 /* allocate space for the whole group */
1846                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1847                 if (!ptr) {
1848                         rc = -ENOMEM;
1849                         goto out_free_areas;
1850                 }
1851                 areas[group] = ptr;
1852
1853                 base = min(ptr, base);
1854
1855                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1856                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
1857                                 /* unused unit, free whole */
1858                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
1859                                 continue;
1860                         }
1861                         /* copy and return the unused part */
1862                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1863                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
1864                 }
1865         }
1866
1867         /* base address is now known, determine group base offsets */
1868         max_distance = 0;
1869         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1870                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
1871                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
1872                                      ai->groups[group].base_offset);
1873         }
1874         max_distance += ai->unit_size;
1875
1876         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
1877         if (max_distance > (VMALLOC_END - VMALLOC_START) * 3 / 4) {
1878                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
1879                            "space 0x%lx\n",
1880                            max_distance, VMALLOC_END - VMALLOC_START);
1881 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1882                 /* and fail if we have fallback */
1883                 rc = -EINVAL;
1884                 goto out_free;
1885 #endif
1886         }
1887
1888         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
1889                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
1890                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
1891
1892         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
1893         goto out_free;
1894
1895 out_free_areas:
1896         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
1897                 free_fn(areas[group],
1898                         ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
1899 out_free:
1900         pcpu_free_alloc_info(ai);
1901         if (areas)
1902                 free_bootmem(__pa(areas), areas_size);
1903         return rc;
1904 }
1905 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
1906           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
1907
1908 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1909 /**
1910  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1911  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1912  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1913  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1914  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1915  *
1916  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
1917  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1918  *
1919  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1920  * page-by-page into vmalloc area.
1921  *
1922  * RETURNS:
1923  * 0 on success, -errno on failure.
1924  */
1925 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
1926                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1927                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1928                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1929 {
1930         static struct vm_struct vm;
1931         struct pcpu_alloc_info *ai;
1932         char psize_str[16];
1933         int unit_pages;
1934         size_t pages_size;
1935         struct page **pages;
1936         int unit, i, j, rc;
1937
1938         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
1939
1940         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
1941         if (IS_ERR(ai))
1942                 return PTR_ERR(ai);
1943         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1944         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1945
1946         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1947
1948         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1949         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1950                                sizeof(pages[0]));
1951         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1952
1953         /* allocate pages */
1954         j = 0;
1955         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
1956                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1957                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
1958                         void *ptr;
1959
1960                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
1961                         if (!ptr) {
1962                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
1963                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
1964                                 goto enomem;
1965                         }
1966                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1967                 }
1968
1969         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1970         vm.flags = VM_ALLOC;
1971         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
1972         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1973
1974         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1975                 unsigned long unit_addr =
1976                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
1977
1978                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1979                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1980
1981                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1982                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
1983                                       unit_pages);
1984                 if (rc < 0)
1985                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
1986
1987                 /*
1988                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1989                  * cache for the linear mapping here - something
1990                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1991                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1992                  * data structures are not set up yet.
1993                  */
1994
1995                 /* copy static data */
1996                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1997         }
1998
1999         /* we're ready, commit */
2000         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2001                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2002                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2003
2004         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2005         goto out_free_ar;
2006
2007 enomem:
2008         while (--j >= 0)
2009                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2010         rc = -ENOMEM;
2011 out_free_ar:
2012         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
2013         pcpu_free_alloc_info(ai);
2014         return rc;
2015 }
2016 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
2017
2018 /*
2019  * Generic percpu area setup.
2020  *
2021  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2022  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2023  * important because many archs have addressing restrictions and might
2024  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2025  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2026  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2027  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2028  * mappings on applicable archs.
2029  */
2030 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2031 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2032 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2033
2034 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2035                                        size_t align)
2036 {
2037         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2038 }
2039
2040 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2041 {
2042         free_bootmem(__pa(ptr), size);
2043 }
2044
2045 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2046 {
2047         unsigned long delta;
2048         unsigned int cpu;
2049         int rc;
2050
2051         /*
2052          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2053          * what the legacy allocator did.
2054          */
2055         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2056                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2057                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2058         if (rc < 0)
2059                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2060
2061         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2062         for_each_possible_cpu(cpu)
2063                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2064 }
2065 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */