percpu: introduce pcpu_alloc_info and pcpu_group_info
[linux-2.6.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * linux/mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks in vmalloc area.  Each
11  * chunk is consisted of boot-time determined number of units and the
12  * first chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.  ie. in
17  * vmalloc area
18  *
19  *  c0                           c1                         c2
20  *  -------------------          -------------------        ------------
21  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
22  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
23  *
24  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
25  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
26  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  On UMA, units corresponds directly to
27  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
28  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
29  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
30  *
31  * There are usually many small percpu allocations many of them being
32  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
33  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
34  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
35  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
36  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
37  * chunk maps unnecessarily.
38  *
39  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
40  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
41  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
42  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
43  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
44  * Chunks can be determined from the address using the index field
45  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
46  *
47  * To use this allocator, arch code should do the followings.
48  *
49  * - drop CONFIG_HAVE_LEGACY_PER_CPU_AREA
50  *
51  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
52  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
53  *   different from the default
54  *
55  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
56  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
57  */
58
59 #include <linux/bitmap.h>
60 #include <linux/bootmem.h>
61 #include <linux/err.h>
62 #include <linux/list.h>
63 #include <linux/log2.h>
64 #include <linux/mm.h>
65 #include <linux/module.h>
66 #include <linux/mutex.h>
67 #include <linux/percpu.h>
68 #include <linux/pfn.h>
69 #include <linux/slab.h>
70 #include <linux/spinlock.h>
71 #include <linux/vmalloc.h>
72 #include <linux/workqueue.h>
73
74 #include <asm/cacheflush.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77
78 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
79 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
80
81 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
82 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
83 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
84         (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
85                  + (unsigned long)__per_cpu_start)
86 #endif
87 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
88 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
89         (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
90                  - (unsigned long)__per_cpu_start)
91 #endif
92
93 struct pcpu_chunk {
94         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
95         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
96         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
97         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
98         int                     map_used;       /* # of map entries used */
99         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
100         int                     *map;           /* allocation map */
101         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
102         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
103 };
104
105 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
106 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
107 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
108 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
109 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
110 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
111
112 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
113 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
114 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
115
116 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
117 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
118 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
119
120 /* cpu -> unit map */
121 const int *pcpu_unit_map __read_mostly;
122
123 /*
124  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
125  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
126  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
127  */
128 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
129
130 /*
131  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
132  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
133  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
134  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
135  * respectively.
136  */
137 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
138 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
139
140 /*
141  * Synchronization rules.
142  *
143  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
144  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
145  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
146  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
147  *
148  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
149  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
150  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
151  *
152  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
153  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
154  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
155  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
156  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
157  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
158  * allocation path might be referencing the chunk with only
159  * pcpu_alloc_mutex locked.
160  */
161 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
162 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
163
164 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
165
166 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
167 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
168 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
169
170 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
171 {
172         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
173         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
174 }
175
176 static int pcpu_size_to_slot(int size)
177 {
178         if (size == pcpu_unit_size)
179                 return pcpu_nr_slots - 1;
180         return __pcpu_size_to_slot(size);
181 }
182
183 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
184 {
185         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
186                 return 0;
187
188         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
189 }
190
191 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
192 {
193         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
194 }
195
196 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
197                                      unsigned int cpu, int page_idx)
198 {
199         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
200                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
201 }
202
203 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
204                                     unsigned int cpu, int page_idx)
205 {
206         /* must not be used on pre-mapped chunk */
207         WARN_ON(chunk->immutable);
208
209         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
210 }
211
212 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
213 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
214 {
215         page->index = (unsigned long)pcpu;
216 }
217
218 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
219 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
220 {
221         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
222 }
223
224 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
225 {
226         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
227         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
228 }
229
230 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
231 {
232         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
233         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
234 }
235
236 /*
237  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
238  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
239  * be integer variables and will be set to start and end page index of
240  * the current region.
241  */
242 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
243         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
244              (rs) < (re);                                                   \
245              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
246
247 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
248         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
249              (rs) < (re);                                                   \
250              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
251
252 /**
253  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
254  * @size: bytes to allocate
255  *
256  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
257  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
258  * memory is always zeroed.
259  *
260  * CONTEXT:
261  * Does GFP_KERNEL allocation.
262  *
263  * RETURNS:
264  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
265  */
266 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
267 {
268         if (size <= PAGE_SIZE)
269                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
270         else {
271                 void *ptr = vmalloc(size);
272                 if (ptr)
273                         memset(ptr, 0, size);
274                 return ptr;
275         }
276 }
277
278 /**
279  * pcpu_mem_free - free memory
280  * @ptr: memory to free
281  * @size: size of the area
282  *
283  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
284  */
285 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
286 {
287         if (size <= PAGE_SIZE)
288                 kfree(ptr);
289         else
290                 vfree(ptr);
291 }
292
293 /**
294  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
295  * @chunk: chunk of interest
296  * @oslot: the previous slot it was on
297  *
298  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
299  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
300  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
301  * chunk slots.
302  *
303  * CONTEXT:
304  * pcpu_lock.
305  */
306 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
307 {
308         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
309
310         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
311                 if (oslot < nslot)
312                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
313                 else
314                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
315         }
316 }
317
318 /**
319  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
320  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
321  *
322  * RETURNS:
323  * The address of the found chunk.
324  */
325 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
326 {
327         void *first_start = pcpu_first_chunk->vm->addr;
328
329         /* is it in the first chunk? */
330         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
331                 /* is it in the reserved area? */
332                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
333                         return pcpu_reserved_chunk;
334                 return pcpu_first_chunk;
335         }
336
337         /*
338          * The address is relative to unit0 which might be unused and
339          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
340          * current processor before looking it up in the vmalloc
341          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
342          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
343          */
344         addr += pcpu_unit_map[smp_processor_id()] * pcpu_unit_size;
345         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
346 }
347
348 /**
349  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
350  * @chunk: target chunk
351  *
352  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
353  * A single allocation can split an area into three areas, so this
354  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
355  *
356  * CONTEXT:
357  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
358  * if area map is extended.
359  *
360  * RETURNS:
361  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
362  */
363 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
364 {
365         int new_alloc;
366         int *new;
367         size_t size;
368
369         /* has enough? */
370         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
371                 return 0;
372
373         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
374
375         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
376         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
377                 new_alloc *= 2;
378
379         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
380         if (!new) {
381                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
382                 return -ENOMEM;
383         }
384
385         /*
386          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
387          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
388          * grown.
389          */
390         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
391         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
392
393         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
394         memcpy(new, chunk->map, size);
395
396         /*
397          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
398          * one of the first chunks and still using static map.
399          */
400         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
401                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
402
403         chunk->map_alloc = new_alloc;
404         chunk->map = new;
405         return 0;
406 }
407
408 /**
409  * pcpu_split_block - split a map block
410  * @chunk: chunk of interest
411  * @i: index of map block to split
412  * @head: head size in bytes (can be 0)
413  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
414  *
415  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
416  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
417  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
418  *
419  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
420  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
421  * is inserted after the target block.
422  *
423  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
424  *
425  * CONTEXT:
426  * pcpu_lock.
427  */
428 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
429                              int head, int tail)
430 {
431         int nr_extra = !!head + !!tail;
432
433         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
434
435         /* insert new subblocks */
436         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
437                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
438         chunk->map_used += nr_extra;
439
440         if (head) {
441                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
442                 chunk->map[i++] = head;
443         }
444         if (tail) {
445                 chunk->map[i++] -= tail;
446                 chunk->map[i] = tail;
447         }
448 }
449
450 /**
451  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
452  * @chunk: chunk of interest
453  * @size: wanted size in bytes
454  * @align: wanted align
455  *
456  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
457  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
458  * populate or map the area.
459  *
460  * @chunk->map must have at least two free slots.
461  *
462  * CONTEXT:
463  * pcpu_lock.
464  *
465  * RETURNS:
466  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
467  * found.
468  */
469 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
470 {
471         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
472         int max_contig = 0;
473         int i, off;
474
475         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
476                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
477                 int head, tail;
478
479                 /* extra for alignment requirement */
480                 head = ALIGN(off, align) - off;
481                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
482
483                 if (chunk->map[i] < 0)
484                         continue;
485                 if (chunk->map[i] < head + size) {
486                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
487                         continue;
488                 }
489
490                 /*
491                  * If head is small or the previous block is free,
492                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
493                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
494                  * uncommon for percpu allocations.
495                  */
496                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
497                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
498                                 chunk->map[i - 1] += head;
499                         else {
500                                 chunk->map[i - 1] -= head;
501                                 chunk->free_size -= head;
502                         }
503                         chunk->map[i] -= head;
504                         off += head;
505                         head = 0;
506                 }
507
508                 /* if tail is small, just keep it around */
509                 tail = chunk->map[i] - head - size;
510                 if (tail < sizeof(int))
511                         tail = 0;
512
513                 /* split if warranted */
514                 if (head || tail) {
515                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
516                         if (head) {
517                                 i++;
518                                 off += head;
519                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
520                         }
521                         if (tail)
522                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
523                 }
524
525                 /* update hint and mark allocated */
526                 if (is_last)
527                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
528                 else
529                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
530                                                  max_contig);
531
532                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
533                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
534
535                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
536                 return off;
537         }
538
539         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
540         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
541
542         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
543         return -1;
544 }
545
546 /**
547  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
548  * @chunk: chunk of interest
549  * @freeme: offset of area to free
550  *
551  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
552  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
553  * the area.
554  *
555  * CONTEXT:
556  * pcpu_lock.
557  */
558 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
559 {
560         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
561         int i, off;
562
563         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
564                 if (off == freeme)
565                         break;
566         BUG_ON(off != freeme);
567         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
568
569         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
570         chunk->free_size += chunk->map[i];
571
572         /* merge with previous? */
573         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
574                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
575                 chunk->map_used--;
576                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
577                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
578                 i--;
579         }
580         /* merge with next? */
581         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
582                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
583                 chunk->map_used--;
584                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
585                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
586         }
587
588         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
589         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
590 }
591
592 /**
593  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
594  * @chunk: chunk of interest
595  * @bitmapp: output parameter for bitmap
596  * @may_alloc: may allocate the array
597  *
598  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
599  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
600  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
601  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
602  * and access exclusion is the caller's responsibility.
603  *
604  * CONTEXT:
605  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
606  * Otherwise, don't care.
607  *
608  * RETURNS:
609  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
610  */
611 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
612                                                unsigned long **bitmapp,
613                                                bool may_alloc)
614 {
615         static struct page **pages;
616         static unsigned long *bitmap;
617         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
618         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
619                              sizeof(unsigned long);
620
621         if (!pages || !bitmap) {
622                 if (may_alloc && !pages)
623                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
624                 if (may_alloc && !bitmap)
625                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
626                 if (!pages || !bitmap)
627                         return NULL;
628         }
629
630         memset(pages, 0, pages_size);
631         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
632
633         *bitmapp = bitmap;
634         return pages;
635 }
636
637 /**
638  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
639  * @chunk: chunk pages were allocated for
640  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
641  * @populated: populated bitmap
642  * @page_start: page index of the first page to be freed
643  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
644  *
645  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
646  * The pages were allocated for @chunk.
647  */
648 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
649                             struct page **pages, unsigned long *populated,
650                             int page_start, int page_end)
651 {
652         unsigned int cpu;
653         int i;
654
655         for_each_possible_cpu(cpu) {
656                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
657                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
658
659                         if (page)
660                                 __free_page(page);
661                 }
662         }
663 }
664
665 /**
666  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
667  * @chunk: target chunk
668  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
669  * @populated: populated bitmap
670  * @page_start: page index of the first page to be allocated
671  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
672  *
673  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
674  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
675  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
676  */
677 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
678                             struct page **pages, unsigned long *populated,
679                             int page_start, int page_end)
680 {
681         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
682         unsigned int cpu;
683         int i;
684
685         for_each_possible_cpu(cpu) {
686                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
687                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
688
689                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
690                         if (!*pagep) {
691                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
692                                                 page_start, page_end);
693                                 return -ENOMEM;
694                         }
695                 }
696         }
697         return 0;
698 }
699
700 /**
701  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
702  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
703  * @page_start: page index of the first page to be flushed
704  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
705  *
706  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
707  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
708  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
709  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
710  * scalable.
711  */
712 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
713                                  int page_start, int page_end)
714 {
715         flush_cache_vunmap(
716                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
717                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
718 }
719
720 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
721 {
722         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
723 }
724
725 /**
726  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
727  * @chunk: chunk of interest
728  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
729  * @populated: populated bitmap
730  * @page_start: page index of the first page to unmap
731  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
732  *
733  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
734  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
735  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
736  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
737  * proper pre/post flush functions.
738  */
739 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
740                              struct page **pages, unsigned long *populated,
741                              int page_start, int page_end)
742 {
743         unsigned int cpu;
744         int i;
745
746         for_each_possible_cpu(cpu) {
747                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
748                         struct page *page;
749
750                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
751                         WARN_ON(!page);
752                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
753                 }
754                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
755                                    page_end - page_start);
756         }
757
758         for (i = page_start; i < page_end; i++)
759                 __clear_bit(i, populated);
760 }
761
762 /**
763  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
764  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
765  * @page_start: page index of the first page to be flushed
766  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
767  *
768  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
769  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
770  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
771  *
772  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
773  * for the whole region.
774  */
775 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
776                                       int page_start, int page_end)
777 {
778         flush_tlb_kernel_range(
779                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
780                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
781 }
782
783 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
784                             int nr_pages)
785 {
786         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
787                                         PAGE_KERNEL, pages);
788 }
789
790 /**
791  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
792  * @chunk: chunk of interest
793  * @pages: pages array containing pages to be mapped
794  * @populated: populated bitmap
795  * @page_start: page index of the first page to map
796  * @page_end: page index of the last page to map + 1
797  *
798  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
799  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
800  * mappings are complete.
801  *
802  * This function is responsible for setting corresponding bits in
803  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
804  * lookup (addr -> chunk).
805  */
806 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
807                           struct page **pages, unsigned long *populated,
808                           int page_start, int page_end)
809 {
810         unsigned int cpu, tcpu;
811         int i, err;
812
813         for_each_possible_cpu(cpu) {
814                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
815                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
816                                        page_end - page_start);
817                 if (err < 0)
818                         goto err;
819         }
820
821         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
822         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
823                 for_each_possible_cpu(cpu)
824                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
825                                             chunk);
826                 __set_bit(i, populated);
827         }
828
829         return 0;
830
831 err:
832         for_each_possible_cpu(tcpu) {
833                 if (tcpu == cpu)
834                         break;
835                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
836                                    page_end - page_start);
837         }
838         return err;
839 }
840
841 /**
842  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
843  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
844  * @page_start: page index of the first page to be flushed
845  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
846  *
847  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
848  * cache.
849  *
850  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
851  * for the whole region.
852  */
853 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
854                                 int page_start, int page_end)
855 {
856         flush_cache_vmap(
857                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
858                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
859 }
860
861 /**
862  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
863  * @chunk: chunk to depopulate
864  * @off: offset to the area to depopulate
865  * @size: size of the area to depopulate in bytes
866  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
867  *
868  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
869  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
870  * and tlb after.
871  *
872  * CONTEXT:
873  * pcpu_alloc_mutex.
874  */
875 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
876 {
877         int page_start = PFN_DOWN(off);
878         int page_end = PFN_UP(off + size);
879         struct page **pages;
880         unsigned long *populated;
881         int rs, re;
882
883         /* quick path, check whether it's empty already */
884         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
885                 if (rs == page_start && re == page_end)
886                         return;
887                 break;
888         }
889
890         /* immutable chunks can't be depopulated */
891         WARN_ON(chunk->immutable);
892
893         /*
894          * If control reaches here, there must have been at least one
895          * successful population attempt so the temp pages array must
896          * be available now.
897          */
898         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
899         BUG_ON(!pages);
900
901         /* unmap and free */
902         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
903
904         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
905                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
906
907         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
908
909         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
910                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
911
912         /* commit new bitmap */
913         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
914 }
915
916 /**
917  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
918  * @chunk: chunk of interest
919  * @off: offset to the area to populate
920  * @size: size of the area to populate in bytes
921  *
922  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
923  * @chunk.  The area is cleared on return.
924  *
925  * CONTEXT:
926  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
927  */
928 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
929 {
930         int page_start = PFN_DOWN(off);
931         int page_end = PFN_UP(off + size);
932         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
933         struct page **pages;
934         unsigned long *populated;
935         unsigned int cpu;
936         int rs, re, rc;
937
938         /* quick path, check whether all pages are already there */
939         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
940                 if (rs == page_start && re == page_end)
941                         goto clear;
942                 break;
943         }
944
945         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
946         WARN_ON(chunk->immutable);
947
948         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
949         if (!pages)
950                 return -ENOMEM;
951
952         /* alloc and map */
953         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
954                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
955                 if (rc)
956                         goto err_free;
957                 free_end = re;
958         }
959
960         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
961                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
962                 if (rc)
963                         goto err_unmap;
964                 unmap_end = re;
965         }
966         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
967
968         /* commit new bitmap */
969         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
970 clear:
971         for_each_possible_cpu(cpu)
972                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
973         return 0;
974
975 err_unmap:
976         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
977         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
978                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
979         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
980 err_free:
981         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
982                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
983         return rc;
984 }
985
986 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
987 {
988         if (!chunk)
989                 return;
990         if (chunk->vm)
991                 free_vm_area(chunk->vm);
992         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
993         kfree(chunk);
994 }
995
996 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
997 {
998         struct pcpu_chunk *chunk;
999
1000         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1001         if (!chunk)
1002                 return NULL;
1003
1004         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1005         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1006         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1007
1008         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, VM_ALLOC);
1009         if (!chunk->vm) {
1010                 free_pcpu_chunk(chunk);
1011                 return NULL;
1012         }
1013
1014         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1015         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1016         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1017
1018         return chunk;
1019 }
1020
1021 /**
1022  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1023  * @size: size of area to allocate in bytes
1024  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1025  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1026  *
1027  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1028  *
1029  * CONTEXT:
1030  * Does GFP_KERNEL allocation.
1031  *
1032  * RETURNS:
1033  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1034  */
1035 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1036 {
1037         struct pcpu_chunk *chunk;
1038         int slot, off;
1039
1040         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1041                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1042                      "percpu allocation\n", size, align);
1043                 return NULL;
1044         }
1045
1046         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1047         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1048
1049         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1050         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1051                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1052                 if (size > chunk->contig_hint ||
1053                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
1054                         goto fail_unlock;
1055                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1056                 if (off >= 0)
1057                         goto area_found;
1058                 goto fail_unlock;
1059         }
1060
1061 restart:
1062         /* search through normal chunks */
1063         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1064                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1065                         if (size > chunk->contig_hint)
1066                                 continue;
1067
1068                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1069                         case 0:
1070                                 break;
1071                         case 1:
1072                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1073                         default:
1074                                 goto fail_unlock;
1075                         }
1076
1077                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1078                         if (off >= 0)
1079                                 goto area_found;
1080                 }
1081         }
1082
1083         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1084         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1085
1086         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1087         if (!chunk)
1088                 goto fail_unlock_mutex;
1089
1090         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1091         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1092         goto restart;
1093
1094 area_found:
1095         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1096
1097         /* populate, map and clear the area */
1098         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1099                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1100                 pcpu_free_area(chunk, off);
1101                 goto fail_unlock;
1102         }
1103
1104         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1105
1106         /* return address relative to unit0 */
1107         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
1108
1109 fail_unlock:
1110         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1111 fail_unlock_mutex:
1112         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1113         return NULL;
1114 }
1115
1116 /**
1117  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1118  * @size: size of area to allocate in bytes
1119  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1120  *
1121  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1122  * sleep.  Might trigger writeouts.
1123  *
1124  * CONTEXT:
1125  * Does GFP_KERNEL allocation.
1126  *
1127  * RETURNS:
1128  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1129  */
1130 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1131 {
1132         return pcpu_alloc(size, align, false);
1133 }
1134 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1135
1136 /**
1137  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1138  * @size: size of area to allocate in bytes
1139  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1140  *
1141  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1142  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1143  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1144  *
1145  * CONTEXT:
1146  * Does GFP_KERNEL allocation.
1147  *
1148  * RETURNS:
1149  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1150  */
1151 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1152 {
1153         return pcpu_alloc(size, align, true);
1154 }
1155
1156 /**
1157  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1158  * @work: unused
1159  *
1160  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1161  *
1162  * CONTEXT:
1163  * workqueue context.
1164  */
1165 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1166 {
1167         LIST_HEAD(todo);
1168         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1169         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1170
1171         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1172         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1173
1174         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1175                 WARN_ON(chunk->immutable);
1176
1177                 /* spare the first one */
1178                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1179                         continue;
1180
1181                 list_move(&chunk->list, &todo);
1182         }
1183
1184         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1185
1186         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1187                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1188                 free_pcpu_chunk(chunk);
1189         }
1190
1191         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1192 }
1193
1194 /**
1195  * free_percpu - free percpu area
1196  * @ptr: pointer to area to free
1197  *
1198  * Free percpu area @ptr.
1199  *
1200  * CONTEXT:
1201  * Can be called from atomic context.
1202  */
1203 void free_percpu(void *ptr)
1204 {
1205         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1206         struct pcpu_chunk *chunk;
1207         unsigned long flags;
1208         int off;
1209
1210         if (!ptr)
1211                 return;
1212
1213         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1214
1215         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1216         off = addr - chunk->vm->addr;
1217
1218         pcpu_free_area(chunk, off);
1219
1220         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1221         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1222                 struct pcpu_chunk *pos;
1223
1224                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1225                         if (pos != chunk) {
1226                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1227                                 break;
1228                         }
1229         }
1230
1231         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1232 }
1233 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1234
1235 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1236                                         size_t reserved_size,
1237                                         ssize_t *dyn_sizep)
1238 {
1239         size_t size_sum;
1240
1241         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1242                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1243         if (*dyn_sizep != 0)
1244                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1245
1246         return size_sum;
1247 }
1248
1249 /**
1250  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1251  * @nr_groups: the number of groups
1252  * @nr_units: the number of units
1253  *
1254  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1255  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1256  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1257  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1258  * pointer of other groups.
1259  *
1260  * RETURNS:
1261  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1262  * failure.
1263  */
1264 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1265                                                       int nr_units)
1266 {
1267         struct pcpu_alloc_info *ai;
1268         size_t base_size, ai_size;
1269         void *ptr;
1270         int unit;
1271
1272         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1273                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1274         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1275
1276         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1277         if (!ptr)
1278                 return NULL;
1279         ai = ptr;
1280         ptr += base_size;
1281
1282         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1283
1284         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1285                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1286
1287         ai->nr_groups = nr_groups;
1288         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1289
1290         return ai;
1291 }
1292
1293 /**
1294  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1295  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1296  *
1297  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1298  */
1299 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1300 {
1301         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1302 }
1303
1304 /**
1305  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1306  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1307  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1308  * @atom_size: allocation atom size
1309  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1310  *
1311  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1312  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1313  * atom size and distances between CPUs.
1314  *
1315  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1316  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1317  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1318  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1319  * of allocated virtual address space.
1320  *
1321  * RETURNS:
1322  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1323  * failure, ERR_PTR value is returned.
1324  */
1325 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1326                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1327                                 size_t atom_size,
1328                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1329 {
1330         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1331         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1332         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1333         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1334         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1335         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1336         int last_allocs, group, unit;
1337         unsigned int cpu, tcpu;
1338         struct pcpu_alloc_info *ai;
1339         unsigned int *cpu_map;
1340
1341         /*
1342          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1343          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1344          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1345          * or larger than min_unit_size.
1346          */
1347         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1348         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1349
1350         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1351         upa = alloc_size / min_unit_size;
1352         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1353                 upa--;
1354         max_upa = upa;
1355
1356         /* group cpus according to their proximity */
1357         for_each_possible_cpu(cpu) {
1358                 group = 0;
1359         next_group:
1360                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1361                         if (cpu == tcpu)
1362                                 break;
1363                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1364                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1365                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1366                                 group++;
1367                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1368                                 goto next_group;
1369                         }
1370                 }
1371                 group_map[cpu] = group;
1372                 group_cnt[group]++;
1373                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1374         }
1375
1376         /*
1377          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1378          * and then as much as possible without using more address
1379          * space.
1380          */
1381         last_allocs = INT_MAX;
1382         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1383                 int allocs = 0, wasted = 0;
1384
1385                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1386                         continue;
1387
1388                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1389                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1390                         allocs += this_allocs;
1391                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1392                 }
1393
1394                 /*
1395                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1396                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1397                  * passes the following check.
1398                  */
1399                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1400                         continue;
1401
1402                 /* and then don't consume more memory */
1403                 if (allocs > last_allocs)
1404                         break;
1405                 last_allocs = allocs;
1406                 best_upa = upa;
1407         }
1408         upa = best_upa;
1409
1410         /* allocate and fill alloc_info */
1411         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1412                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1413
1414         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1415         if (!ai)
1416                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1417         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1418
1419         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1420                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1421                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1422         }
1423
1424         ai->static_size = static_size;
1425         ai->reserved_size = reserved_size;
1426         ai->dyn_size = dyn_size;
1427         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1428         ai->atom_size = atom_size;
1429         ai->alloc_size = alloc_size;
1430
1431         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1432                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1433
1434                 /*
1435                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1436                  * back-to-back.  The caller should update this to
1437                  * reflect actual allocation.
1438                  */
1439                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1440
1441                 for_each_possible_cpu(cpu)
1442                         if (group_map[cpu] == group)
1443                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1444                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1445                 unit += gi->nr_units;
1446         }
1447         BUG_ON(unit != nr_units);
1448
1449         return ai;
1450 }
1451
1452 /**
1453  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1454  * @lvl: loglevel
1455  * @ai: allocation info to dump
1456  *
1457  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1458  */
1459 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1460                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1461 {
1462         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1463         char empty_str[] = "--------";
1464         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1465         int group, v;
1466         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1467
1468         v = ai->nr_groups;
1469         while (v /= 10)
1470                 group_width++;
1471
1472         v = num_possible_cpus();
1473         while (v /= 10)
1474                 cpu_width++;
1475         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1476
1477         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1478         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1479         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1480
1481         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1482                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1483                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1484
1485         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1486                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1487                 int unit = 0, unit_end = 0;
1488
1489                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1490                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1491                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1492                         if (!(alloc % apl)) {
1493                                 printk("\n");
1494                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1495                         }
1496                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1497
1498                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1499                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1500                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1501                                                gi->cpu_map[unit]);
1502                                 else
1503                                         printk("%s ", empty_str);
1504                 }
1505         }
1506         printk("\n");
1507 }
1508
1509 /**
1510  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1511  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1512  * @base_addr: mapped address
1513  *
1514  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1515  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1516  * setup path.
1517  *
1518  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1519  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1520  *
1521  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1522  *
1523  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1524  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1525  * the first chunk such that it's available only through reserved
1526  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1527  * static areas on architectures where the addressing model has
1528  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1529  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1530  *
1531  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1532  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1533  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1534  *
1535  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1536  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1537  * @ai->dyn_size.
1538  *
1539  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1540  * for vm areas.
1541  *
1542  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1543  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1544  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1545  *
1546  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1547  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1548  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1549  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1550  * all units is assumed.
1551  *
1552  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1553  * copied static data to each unit.
1554  *
1555  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1556  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1557  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1558  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1559  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1560  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1561  *
1562  * RETURNS:
1563  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1564  * percpu access.
1565  */
1566 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1567                                      void *base_addr)
1568 {
1569         static struct vm_struct first_vm;
1570         static int smap[2], dmap[2];
1571         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1572         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1573         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1574         unsigned int cpu;
1575         int *unit_map;
1576         int group, unit, i;
1577
1578         /* sanity checks */
1579         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1580                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1581         BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1582         BUG_ON(!ai->static_size);
1583         BUG_ON(!base_addr);
1584         BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1585         BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1586         BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1587
1588         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1589
1590         /* determine number of units and verify and initialize pcpu_unit_map */
1591         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1592
1593         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1594                 unit_map[cpu] = NR_CPUS;
1595         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1596
1597         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1598                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1599
1600                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1601                         cpu = gi->cpu_map[i];
1602                         if (cpu == NR_CPUS)
1603                                 continue;
1604
1605                         BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids || !cpu_possible(cpu));
1606                         BUG_ON(unit_map[cpu] != NR_CPUS);
1607
1608                         unit_map[cpu] = unit + i;
1609                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1610                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1611                 }
1612         }
1613         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1614         pcpu_nr_units = unit;
1615
1616         for_each_possible_cpu(cpu)
1617                 BUG_ON(unit_map[cpu] == NR_CPUS);
1618
1619         pcpu_unit_map = unit_map;
1620
1621         /* determine basic parameters */
1622         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1623         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1624         pcpu_chunk_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_size;
1625         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1626                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1627
1628         first_vm.flags = VM_ALLOC;
1629         first_vm.size = pcpu_chunk_size;
1630         first_vm.addr = base_addr;
1631
1632         /*
1633          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1634          * empty chunks.
1635          */
1636         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1637         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1638         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1639                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1640
1641         /*
1642          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1643          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1644          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1645          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1646          * static percpu allocation).
1647          */
1648         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1649         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1650         schunk->vm = &first_vm;
1651         schunk->map = smap;
1652         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1653         schunk->immutable = true;
1654         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1655
1656         if (ai->reserved_size) {
1657                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1658                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1659                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1660         } else {
1661                 schunk->free_size = dyn_size;
1662                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1663         }
1664         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1665
1666         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1667         if (schunk->free_size)
1668                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1669
1670         /* init dynamic chunk if necessary */
1671         if (dyn_size) {
1672                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1673                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1674                 dchunk->vm = &first_vm;
1675                 dchunk->map = dmap;
1676                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1677                 dchunk->immutable = true;
1678                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1679
1680                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1681                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1682                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1683         }
1684
1685         /* link the first chunk in */
1686         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1687         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1688
1689         /* we're done */
1690         pcpu_base_addr = schunk->vm->addr;
1691         return pcpu_unit_size;
1692 }
1693
1694 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1695         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1696         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1697         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1698         [PCPU_FC_LPAGE] = "lpage",
1699 };
1700
1701 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1702
1703 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1704 {
1705         if (0)
1706                 /* nada */;
1707 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1708         else if (!strcmp(str, "embed"))
1709                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1710 #endif
1711 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1712         else if (!strcmp(str, "page"))
1713                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1714 #endif
1715 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK
1716         else if (!strcmp(str, "lpage"))
1717                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_LPAGE;
1718 #endif
1719         else
1720                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1721
1722         return 0;
1723 }
1724 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1725
1726 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1727         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1728 /**
1729  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1730  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1731  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1732  *
1733  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1734  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1735  *
1736  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1737  * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
1738  * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
1739  * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
1740  * page size.
1741  *
1742  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1743  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1744  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1745  * and reserved areas.
1746  *
1747  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1748  * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
1749  *
1750  * RETURNS:
1751  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1752  * percpu access on success, -errno on failure.
1753  */
1754 ssize_t __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size)
1755 {
1756         struct pcpu_alloc_info *ai;
1757         size_t size_sum, chunk_size;
1758         void *base;
1759         int unit;
1760         ssize_t ret;
1761
1762         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, PAGE_SIZE, NULL);
1763         if (IS_ERR(ai))
1764                 return PTR_ERR(ai);
1765         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1766         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1767
1768         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1769         chunk_size = ai->unit_size * num_possible_cpus();
1770
1771         base = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
1772                                        __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
1773         if (!base) {
1774                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
1775                            "embedding\n", chunk_size);
1776                 ret = -ENOMEM;
1777                 goto out_free_ai;
1778         }
1779
1780         /* return the leftover and copy */
1781         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1782                 void *ptr = base + unit * ai->unit_size;
1783
1784                 free_bootmem(__pa(ptr + size_sum), ai->unit_size - size_sum);
1785                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1786         }
1787
1788         /* we're ready, commit */
1789         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
1790                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
1791                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
1792
1793         ret = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
1794 out_free_ai:
1795         pcpu_free_alloc_info(ai);
1796         return ret;
1797 }
1798 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
1799           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
1800
1801 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1802 /**
1803  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1804  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1805  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1806  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1807  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1808  *
1809  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
1810  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1811  *
1812  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1813  * page-by-page into vmalloc area.
1814  *
1815  * RETURNS:
1816  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1817  * percpu access on success, -errno on failure.
1818  */
1819 ssize_t __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
1820                                      pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1821                                      pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1822                                      pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1823 {
1824         static struct vm_struct vm;
1825         struct pcpu_alloc_info *ai;
1826         char psize_str[16];
1827         int unit_pages;
1828         size_t pages_size;
1829         struct page **pages;
1830         int unit, i, j;
1831         ssize_t ret;
1832
1833         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
1834
1835         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
1836         if (IS_ERR(ai))
1837                 return PTR_ERR(ai);
1838         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
1839         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
1840
1841         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1842
1843         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1844         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1845                                sizeof(pages[0]));
1846         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1847
1848         /* allocate pages */
1849         j = 0;
1850         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
1851                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1852                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
1853                         void *ptr;
1854
1855                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
1856                         if (!ptr) {
1857                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
1858                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
1859                                 goto enomem;
1860                         }
1861                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1862                 }
1863
1864         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1865         vm.flags = VM_ALLOC;
1866         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
1867         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1868
1869         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
1870                 unsigned long unit_addr =
1871                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
1872
1873                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1874                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1875
1876                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1877                 ret = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
1878                                        unit_pages);
1879                 if (ret < 0)
1880                         panic("failed to map percpu area, err=%zd\n", ret);
1881
1882                 /*
1883                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1884                  * cache for the linear mapping here - something
1885                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1886                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1887                  * data structures are not set up yet.
1888                  */
1889
1890                 /* copy static data */
1891                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1892         }
1893
1894         /* we're ready, commit */
1895         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
1896                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
1897                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
1898
1899         ret = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
1900         goto out_free_ar;
1901
1902 enomem:
1903         while (--j >= 0)
1904                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
1905         ret = -ENOMEM;
1906 out_free_ar:
1907         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
1908         pcpu_free_alloc_info(ai);
1909         return ret;
1910 }
1911 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
1912
1913 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK
1914 struct pcpul_ent {
1915         void            *ptr;
1916         void            *map_addr;
1917 };
1918
1919 static size_t pcpul_size;
1920 static size_t pcpul_lpage_size;
1921 static int pcpul_nr_lpages;
1922 static struct pcpul_ent *pcpul_map;
1923
1924 static bool __init pcpul_unit_to_cpu(int unit, const struct pcpu_alloc_info *ai,
1925                                      unsigned int *cpup)
1926 {
1927         int group, cunit;
1928
1929         for (group = 0, cunit = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1930                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1931
1932                 if (unit < cunit + gi->nr_units) {
1933                         if (cpup)
1934                                 *cpup = gi->cpu_map[unit - cunit];
1935                         return true;
1936                 }
1937                 cunit += gi->nr_units;
1938         }
1939
1940         return false;
1941 }
1942
1943 static int __init pcpul_cpu_to_unit(int cpu, const struct pcpu_alloc_info *ai)
1944 {
1945         int group, unit, i;
1946
1947         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1948                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1949
1950                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++)
1951                         if (gi->cpu_map[i] == cpu)
1952                                 return unit + i;
1953         }
1954         BUG();
1955 }
1956
1957 /**
1958  * pcpu_lpage_first_chunk - remap the first percpu chunk using large page
1959  * @ai: pcpu_alloc_info
1960  * @alloc_fn: function to allocate percpu lpage, always called with lpage_size
1961  * @free_fn: function to free percpu memory, @size <= lpage_size
1962  * @map_fn: function to map percpu lpage, always called with lpage_size
1963  *
1964  * This allocator uses large page to build and map the first chunk.
1965  * Unlike other helpers, the caller should provide fully initialized
1966  * @ai.  This can be done using pcpu_build_alloc_info().  This two
1967  * stage initialization is to allow arch code to evaluate the
1968  * parameters before committing to it.
1969  *
1970  * Large pages are allocated as directed by @unit_map and other
1971  * parameters and mapped to vmalloc space.  Unused holes are returned
1972  * to the page allocator.  Note that these holes end up being actively
1973  * mapped twice - once to the physical mapping and to the vmalloc area
1974  * for the first percpu chunk.  Depending on architecture, this might
1975  * cause problem when changing page attributes of the returned area.
1976  * These double mapped areas can be detected using
1977  * pcpu_lpage_remapped().
1978  *
1979  * RETURNS:
1980  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1981  * percpu access on success, -errno on failure.
1982  */
1983 ssize_t __init pcpu_lpage_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1984                                       pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1985                                       pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1986                                       pcpu_fc_map_fn_t map_fn)
1987 {
1988         static struct vm_struct vm;
1989         const size_t lpage_size = ai->atom_size;
1990         size_t chunk_size, map_size;
1991         unsigned int cpu;
1992         ssize_t ret;
1993         int i, j, unit, nr_units;
1994
1995         nr_units = 0;
1996         for (i = 0; i < ai->nr_groups; i++)
1997                 nr_units += ai->groups[i].nr_units;
1998
1999         chunk_size = ai->unit_size * nr_units;
2000         BUG_ON(chunk_size % lpage_size);
2001
2002         pcpul_size = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
2003         pcpul_lpage_size = lpage_size;
2004         pcpul_nr_lpages = chunk_size / lpage_size;
2005
2006         /* allocate pointer array and alloc large pages */
2007         map_size = pcpul_nr_lpages * sizeof(pcpul_map[0]);
2008         pcpul_map = alloc_bootmem(map_size);
2009
2010         /* allocate all pages */
2011         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++) {
2012                 size_t offset = i * lpage_size;
2013                 int first_unit = offset / ai->unit_size;
2014                 int last_unit = (offset + lpage_size - 1) / ai->unit_size;
2015                 void *ptr;
2016
2017                 /* find out which cpu is mapped to this unit */
2018                 for (unit = first_unit; unit <= last_unit; unit++)
2019                         if (pcpul_unit_to_cpu(unit, ai, &cpu))
2020                                 goto found;
2021                 continue;
2022         found:
2023                 ptr = alloc_fn(cpu, lpage_size, lpage_size);
2024                 if (!ptr) {
2025                         pr_warning("PERCPU: failed to allocate large page "
2026                                    "for cpu%u\n", cpu);
2027                         goto enomem;
2028                 }
2029
2030                 pcpul_map[i].ptr = ptr;
2031         }
2032
2033         /* return unused holes */
2034         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++) {
2035                 size_t start = unit * ai->unit_size;
2036                 size_t end = start + ai->unit_size;
2037                 size_t off, next;
2038
2039                 /* don't free used part of occupied unit */
2040                 if (pcpul_unit_to_cpu(unit, ai, NULL))
2041                         start += pcpul_size;
2042
2043                 /* unit can span more than one page, punch the holes */
2044                 for (off = start; off < end; off = next) {
2045                         void *ptr = pcpul_map[off / lpage_size].ptr;
2046                         next = min(roundup(off + 1, lpage_size), end);
2047                         if (ptr)
2048                                 free_fn(ptr + off % lpage_size, next - off);
2049                 }
2050         }
2051
2052         /* allocate address, map and copy */
2053         vm.flags = VM_ALLOC;
2054         vm.size = chunk_size;
2055         vm_area_register_early(&vm, ai->unit_size);
2056
2057         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++) {
2058                 if (!pcpul_map[i].ptr)
2059                         continue;
2060                 pcpul_map[i].map_addr = vm.addr + i * lpage_size;
2061                 map_fn(pcpul_map[i].ptr, lpage_size, pcpul_map[i].map_addr);
2062         }
2063
2064         for_each_possible_cpu(cpu)
2065                 memcpy(vm.addr + pcpul_cpu_to_unit(cpu, ai) * ai->unit_size,
2066                        __per_cpu_load, ai->static_size);
2067
2068         /* we're ready, commit */
2069         pr_info("PERCPU: large pages @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2070                 vm.addr, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
2071                 ai->unit_size);
2072
2073         ret = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2074
2075         /*
2076          * Sort pcpul_map array for pcpu_lpage_remapped().  Unmapped
2077          * lpages are pushed to the end and trimmed.
2078          */
2079         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages - 1; i++)
2080                 for (j = i + 1; j < pcpul_nr_lpages; j++) {
2081                         struct pcpul_ent tmp;
2082
2083                         if (!pcpul_map[j].ptr)
2084                                 continue;
2085                         if (pcpul_map[i].ptr &&
2086                             pcpul_map[i].ptr < pcpul_map[j].ptr)
2087                                 continue;
2088
2089                         tmp = pcpul_map[i];
2090                         pcpul_map[i] = pcpul_map[j];
2091                         pcpul_map[j] = tmp;
2092                 }
2093
2094         while (pcpul_nr_lpages && !pcpul_map[pcpul_nr_lpages - 1].ptr)
2095                 pcpul_nr_lpages--;
2096
2097         return ret;
2098
2099 enomem:
2100         for (i = 0; i < pcpul_nr_lpages; i++)
2101                 if (pcpul_map[i].ptr)
2102                         free_fn(pcpul_map[i].ptr, lpage_size);
2103         free_bootmem(__pa(pcpul_map), map_size);
2104         return -ENOMEM;
2105 }
2106
2107 /**
2108  * pcpu_lpage_remapped - determine whether a kaddr is in pcpul recycled area
2109  * @kaddr: the kernel address in question
2110  *
2111  * Determine whether @kaddr falls in the pcpul recycled area.  This is
2112  * used by pageattr to detect VM aliases and break up the pcpu large
2113  * page mapping such that the same physical page is not mapped under
2114  * different attributes.
2115  *
2116  * The recycled area is always at the tail of a partially used large
2117  * page.
2118  *
2119  * RETURNS:
2120  * Address of corresponding remapped pcpu address if match is found;
2121  * otherwise, NULL.
2122  */
2123 void *pcpu_lpage_remapped(void *kaddr)
2124 {
2125         unsigned long lpage_mask = pcpul_lpage_size - 1;
2126         void *lpage_addr = (void *)((unsigned long)kaddr & ~lpage_mask);
2127         unsigned long offset = (unsigned long)kaddr & lpage_mask;
2128         int left = 0, right = pcpul_nr_lpages - 1;
2129         int pos;
2130
2131         /* pcpul in use at all? */
2132         if (!pcpul_map)
2133                 return NULL;
2134
2135         /* okay, perform binary search */
2136         while (left <= right) {
2137                 pos = (left + right) / 2;
2138
2139                 if (pcpul_map[pos].ptr < lpage_addr)
2140                         left = pos + 1;
2141                 else if (pcpul_map[pos].ptr > lpage_addr)
2142                         right = pos - 1;
2143                 else
2144                         return pcpul_map[pos].map_addr + offset;
2145         }
2146
2147         return NULL;
2148 }
2149 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_LPAGE_FIRST_CHUNK */
2150
2151 /*
2152  * Generic percpu area setup.
2153  *
2154  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2155  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2156  * important because many archs have addressing restrictions and might
2157  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2158  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2159  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2160  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2161  * mappings on applicable archs.
2162  */
2163 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2164 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2165 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2166
2167 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2168 {
2169         ssize_t unit_size;
2170         unsigned long delta;
2171         unsigned int cpu;
2172
2173         /*
2174          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2175          * what the legacy allocator did.
2176          */
2177         unit_size = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2178                                            PERCPU_DYNAMIC_RESERVE);
2179         if (unit_size < 0)
2180                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2181
2182         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2183         for_each_possible_cpu(cpu)
2184                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + cpu * unit_size;
2185 }
2186 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */