mm: sync vmalloc address space page tables in alloc_vm_area()
[linux-2.6.git] / mm / vmalloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmalloc.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
5  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
6  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
7  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
8  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
9  */
10
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <linux/sched.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/spinlock.h>
18 #include <linux/interrupt.h>
19 #include <linux/proc_fs.h>
20 #include <linux/seq_file.h>
21 #include <linux/debugobjects.h>
22 #include <linux/kallsyms.h>
23 #include <linux/list.h>
24 #include <linux/rbtree.h>
25 #include <linux/radix-tree.h>
26 #include <linux/rcupdate.h>
27 #include <linux/pfn.h>
28 #include <linux/kmemleak.h>
29 #include <linux/atomic.h>
30 #include <asm/uaccess.h>
31 #include <asm/tlbflush.h>
32 #include <asm/shmparam.h>
33
34 /*** Page table manipulation functions ***/
35
36 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end)
37 {
38         pte_t *pte;
39
40         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
41         do {
42                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
43                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
44         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
45 }
46
47 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end)
48 {
49         pmd_t *pmd;
50         unsigned long next;
51
52         pmd = pmd_offset(pud, addr);
53         do {
54                 next = pmd_addr_end(addr, end);
55                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
56                         continue;
57                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next);
58         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
59 }
60
61 static void vunmap_pud_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end)
62 {
63         pud_t *pud;
64         unsigned long next;
65
66         pud = pud_offset(pgd, addr);
67         do {
68                 next = pud_addr_end(addr, end);
69                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
70                         continue;
71                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next);
72         } while (pud++, addr = next, addr != end);
73 }
74
75 static void vunmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end)
76 {
77         pgd_t *pgd;
78         unsigned long next;
79
80         BUG_ON(addr >= end);
81         pgd = pgd_offset_k(addr);
82         do {
83                 next = pgd_addr_end(addr, end);
84                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
85                         continue;
86                 vunmap_pud_range(pgd, addr, next);
87         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
88 }
89
90 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
91                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
92 {
93         pte_t *pte;
94
95         /*
96          * nr is a running index into the array which helps higher level
97          * callers keep track of where we're up to.
98          */
99
100         pte = pte_alloc_kernel(pmd, addr);
101         if (!pte)
102                 return -ENOMEM;
103         do {
104                 struct page *page = pages[*nr];
105
106                 if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))
107                         return -EBUSY;
108                 if (WARN_ON(!page))
109                         return -ENOMEM;
110                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
111                 (*nr)++;
112         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
113         return 0;
114 }
115
116 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
117                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
118 {
119         pmd_t *pmd;
120         unsigned long next;
121
122         pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, addr);
123         if (!pmd)
124                 return -ENOMEM;
125         do {
126                 next = pmd_addr_end(addr, end);
127                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr))
128                         return -ENOMEM;
129         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
130         return 0;
131 }
132
133 static int vmap_pud_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
134                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
135 {
136         pud_t *pud;
137         unsigned long next;
138
139         pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, addr);
140         if (!pud)
141                 return -ENOMEM;
142         do {
143                 next = pud_addr_end(addr, end);
144                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr))
145                         return -ENOMEM;
146         } while (pud++, addr = next, addr != end);
147         return 0;
148 }
149
150 /*
151  * Set up page tables in kva (addr, end). The ptes shall have prot "prot", and
152  * will have pfns corresponding to the "pages" array.
153  *
154  * Ie. pte at addr+N*PAGE_SIZE shall point to pfn corresponding to pages[N]
155  */
156 static int vmap_page_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end,
157                                    pgprot_t prot, struct page **pages)
158 {
159         pgd_t *pgd;
160         unsigned long next;
161         unsigned long addr = start;
162         int err = 0;
163         int nr = 0;
164
165         BUG_ON(addr >= end);
166         pgd = pgd_offset_k(addr);
167         do {
168                 next = pgd_addr_end(addr, end);
169                 err = vmap_pud_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr);
170                 if (err)
171                         return err;
172         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
173
174         return nr;
175 }
176
177 static int vmap_page_range(unsigned long start, unsigned long end,
178                            pgprot_t prot, struct page **pages)
179 {
180         int ret;
181
182         ret = vmap_page_range_noflush(start, end, prot, pages);
183         flush_cache_vmap(start, end);
184         return ret;
185 }
186
187 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
188 {
189         /*
190          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
191          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
192          * just put it in the vmalloc space.
193          */
194 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
195         unsigned long addr = (unsigned long)x;
196         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
197                 return 1;
198 #endif
199         return is_vmalloc_addr(x);
200 }
201
202 /*
203  * Walk a vmap address to the struct page it maps.
204  */
205 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
206 {
207         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
208         struct page *page = NULL;
209         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
210
211         /*
212          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
213          * architectures that do not vmalloc module space
214          */
215         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
216
217         if (!pgd_none(*pgd)) {
218                 pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
219                 if (!pud_none(*pud)) {
220                         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
221                         if (!pmd_none(*pmd)) {
222                                 pte_t *ptep, pte;
223
224                                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
225                                 pte = *ptep;
226                                 if (pte_present(pte))
227                                         page = pte_page(pte);
228                                 pte_unmap(ptep);
229                         }
230                 }
231         }
232         return page;
233 }
234 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
235
236 /*
237  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
238  */
239 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
240 {
241         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
242 }
243 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
244
245
246 /*** Global kva allocator ***/
247
248 #define VM_LAZY_FREE    0x01
249 #define VM_LAZY_FREEING 0x02
250 #define VM_VM_AREA      0x04
251
252 struct vmap_area {
253         unsigned long va_start;
254         unsigned long va_end;
255         unsigned long flags;
256         struct rb_node rb_node;         /* address sorted rbtree */
257         struct list_head list;          /* address sorted list */
258         struct list_head purge_list;    /* "lazy purge" list */
259         void *private;
260         struct rcu_head rcu_head;
261 };
262
263 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
264 static LIST_HEAD(vmap_area_list);
265 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
266
267 /* The vmap cache globals are protected by vmap_area_lock */
268 static struct rb_node *free_vmap_cache;
269 static unsigned long cached_hole_size;
270 static unsigned long cached_vstart;
271 static unsigned long cached_align;
272
273 static unsigned long vmap_area_pcpu_hole;
274
275 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr)
276 {
277         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
278
279         while (n) {
280                 struct vmap_area *va;
281
282                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
283                 if (addr < va->va_start)
284                         n = n->rb_left;
285                 else if (addr > va->va_start)
286                         n = n->rb_right;
287                 else
288                         return va;
289         }
290
291         return NULL;
292 }
293
294 static void __insert_vmap_area(struct vmap_area *va)
295 {
296         struct rb_node **p = &vmap_area_root.rb_node;
297         struct rb_node *parent = NULL;
298         struct rb_node *tmp;
299
300         while (*p) {
301                 struct vmap_area *tmp_va;
302
303                 parent = *p;
304                 tmp_va = rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node);
305                 if (va->va_start < tmp_va->va_end)
306                         p = &(*p)->rb_left;
307                 else if (va->va_end > tmp_va->va_start)
308                         p = &(*p)->rb_right;
309                 else
310                         BUG();
311         }
312
313         rb_link_node(&va->rb_node, parent, p);
314         rb_insert_color(&va->rb_node, &vmap_area_root);
315
316         /* address-sort this list so it is usable like the vmlist */
317         tmp = rb_prev(&va->rb_node);
318         if (tmp) {
319                 struct vmap_area *prev;
320                 prev = rb_entry(tmp, struct vmap_area, rb_node);
321                 list_add_rcu(&va->list, &prev->list);
322         } else
323                 list_add_rcu(&va->list, &vmap_area_list);
324 }
325
326 static void purge_vmap_area_lazy(void);
327
328 /*
329  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
330  * vstart and vend.
331  */
332 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
333                                 unsigned long align,
334                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
335                                 int node, gfp_t gfp_mask)
336 {
337         struct vmap_area *va;
338         struct rb_node *n;
339         unsigned long addr;
340         int purged = 0;
341         struct vmap_area *first;
342
343         BUG_ON(!size);
344         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
345         BUG_ON(!is_power_of_2(align));
346
347         va = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_area),
348                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
349         if (unlikely(!va))
350                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
351
352 retry:
353         spin_lock(&vmap_area_lock);
354         /*
355          * Invalidate cache if we have more permissive parameters.
356          * cached_hole_size notes the largest hole noticed _below_
357          * the vmap_area cached in free_vmap_cache: if size fits
358          * into that hole, we want to scan from vstart to reuse
359          * the hole instead of allocating above free_vmap_cache.
360          * Note that __free_vmap_area may update free_vmap_cache
361          * without updating cached_hole_size or cached_align.
362          */
363         if (!free_vmap_cache ||
364                         size < cached_hole_size ||
365                         vstart < cached_vstart ||
366                         align < cached_align) {
367 nocache:
368                 cached_hole_size = 0;
369                 free_vmap_cache = NULL;
370         }
371         /* record if we encounter less permissive parameters */
372         cached_vstart = vstart;
373         cached_align = align;
374
375         /* find starting point for our search */
376         if (free_vmap_cache) {
377                 first = rb_entry(free_vmap_cache, struct vmap_area, rb_node);
378                 addr = ALIGN(first->va_end, align);
379                 if (addr < vstart)
380                         goto nocache;
381                 if (addr + size - 1 < addr)
382                         goto overflow;
383
384         } else {
385                 addr = ALIGN(vstart, align);
386                 if (addr + size - 1 < addr)
387                         goto overflow;
388
389                 n = vmap_area_root.rb_node;
390                 first = NULL;
391
392                 while (n) {
393                         struct vmap_area *tmp;
394                         tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
395                         if (tmp->va_end >= addr) {
396                                 first = tmp;
397                                 if (tmp->va_start <= addr)
398                                         break;
399                                 n = n->rb_left;
400                         } else
401                                 n = n->rb_right;
402                 }
403
404                 if (!first)
405                         goto found;
406         }
407
408         /* from the starting point, walk areas until a suitable hole is found */
409         while (addr + size > first->va_start && addr + size <= vend) {
410                 if (addr + cached_hole_size < first->va_start)
411                         cached_hole_size = first->va_start - addr;
412                 addr = ALIGN(first->va_end, align);
413                 if (addr + size - 1 < addr)
414                         goto overflow;
415
416                 n = rb_next(&first->rb_node);
417                 if (n)
418                         first = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
419                 else
420                         goto found;
421         }
422
423 found:
424         if (addr + size > vend)
425                 goto overflow;
426
427         va->va_start = addr;
428         va->va_end = addr + size;
429         va->flags = 0;
430         __insert_vmap_area(va);
431         free_vmap_cache = &va->rb_node;
432         spin_unlock(&vmap_area_lock);
433
434         BUG_ON(va->va_start & (align-1));
435         BUG_ON(va->va_start < vstart);
436         BUG_ON(va->va_end > vend);
437
438         return va;
439
440 overflow:
441         spin_unlock(&vmap_area_lock);
442         if (!purged) {
443                 purge_vmap_area_lazy();
444                 purged = 1;
445                 goto retry;
446         }
447         if (printk_ratelimit())
448                 printk(KERN_WARNING
449                         "vmap allocation for size %lu failed: "
450                         "use vmalloc=<size> to increase size.\n", size);
451         kfree(va);
452         return ERR_PTR(-EBUSY);
453 }
454
455 static void __free_vmap_area(struct vmap_area *va)
456 {
457         BUG_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node));
458
459         if (free_vmap_cache) {
460                 if (va->va_end < cached_vstart) {
461                         free_vmap_cache = NULL;
462                 } else {
463                         struct vmap_area *cache;
464                         cache = rb_entry(free_vmap_cache, struct vmap_area, rb_node);
465                         if (va->va_start <= cache->va_start) {
466                                 free_vmap_cache = rb_prev(&va->rb_node);
467                                 /*
468                                  * We don't try to update cached_hole_size or
469                                  * cached_align, but it won't go very wrong.
470                                  */
471                         }
472                 }
473         }
474         rb_erase(&va->rb_node, &vmap_area_root);
475         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
476         list_del_rcu(&va->list);
477
478         /*
479          * Track the highest possible candidate for pcpu area
480          * allocation.  Areas outside of vmalloc area can be returned
481          * here too, consider only end addresses which fall inside
482          * vmalloc area proper.
483          */
484         if (va->va_end > VMALLOC_START && va->va_end <= VMALLOC_END)
485                 vmap_area_pcpu_hole = max(vmap_area_pcpu_hole, va->va_end);
486
487         kfree_rcu(va, rcu_head);
488 }
489
490 /*
491  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
492  */
493 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
494 {
495         spin_lock(&vmap_area_lock);
496         __free_vmap_area(va);
497         spin_unlock(&vmap_area_lock);
498 }
499
500 /*
501  * Clear the pagetable entries of a given vmap_area
502  */
503 static void unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
504 {
505         vunmap_page_range(va->va_start, va->va_end);
506 }
507
508 static void vmap_debug_free_range(unsigned long start, unsigned long end)
509 {
510         /*
511          * Unmap page tables and force a TLB flush immediately if
512          * CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC is set. This catches use after free
513          * bugs similarly to those in linear kernel virtual address
514          * space after a page has been freed.
515          *
516          * All the lazy freeing logic is still retained, in order to
517          * minimise intrusiveness of this debugging feature.
518          *
519          * This is going to be *slow* (linear kernel virtual address
520          * debugging doesn't do a broadcast TLB flush so it is a lot
521          * faster).
522          */
523 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
524         vunmap_page_range(start, end);
525         flush_tlb_kernel_range(start, end);
526 #endif
527 }
528
529 /*
530  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
531  * before attempting to purge with a TLB flush.
532  *
533  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
534  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
535  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
536  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
537  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
538  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
539  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
540  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
541  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
542  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
543  * becomes a problem on bigger systems.
544  */
545 static unsigned long lazy_max_pages(void)
546 {
547         unsigned int log;
548
549         log = fls(num_online_cpus());
550
551         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
552 }
553
554 static atomic_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_INIT(0);
555
556 /* for per-CPU blocks */
557 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
558
559 /*
560  * called before a call to iounmap() if the caller wants vm_area_struct's
561  * immediately freed.
562  */
563 void set_iounmap_nonlazy(void)
564 {
565         atomic_set(&vmap_lazy_nr, lazy_max_pages()+1);
566 }
567
568 /*
569  * Purges all lazily-freed vmap areas.
570  *
571  * If sync is 0 then don't purge if there is already a purge in progress.
572  * If force_flush is 1, then flush kernel TLBs between *start and *end even
573  * if we found no lazy vmap areas to unmap (callers can use this to optimise
574  * their own TLB flushing).
575  * Returns with *start = min(*start, lowest purged address)
576  *              *end = max(*end, highest purged address)
577  */
578 static void __purge_vmap_area_lazy(unsigned long *start, unsigned long *end,
579                                         int sync, int force_flush)
580 {
581         static DEFINE_SPINLOCK(purge_lock);
582         LIST_HEAD(valist);
583         struct vmap_area *va;
584         struct vmap_area *n_va;
585         int nr = 0;
586
587         /*
588          * If sync is 0 but force_flush is 1, we'll go sync anyway but callers
589          * should not expect such behaviour. This just simplifies locking for
590          * the case that isn't actually used at the moment anyway.
591          */
592         if (!sync && !force_flush) {
593                 if (!spin_trylock(&purge_lock))
594                         return;
595         } else
596                 spin_lock(&purge_lock);
597
598         if (sync)
599                 purge_fragmented_blocks_allcpus();
600
601         rcu_read_lock();
602         list_for_each_entry_rcu(va, &vmap_area_list, list) {
603                 if (va->flags & VM_LAZY_FREE) {
604                         if (va->va_start < *start)
605                                 *start = va->va_start;
606                         if (va->va_end > *end)
607                                 *end = va->va_end;
608                         nr += (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
609                         list_add_tail(&va->purge_list, &valist);
610                         va->flags |= VM_LAZY_FREEING;
611                         va->flags &= ~VM_LAZY_FREE;
612                 }
613         }
614         rcu_read_unlock();
615
616         if (nr)
617                 atomic_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
618
619         if (nr || force_flush)
620                 flush_tlb_kernel_range(*start, *end);
621
622         if (nr) {
623                 spin_lock(&vmap_area_lock);
624                 list_for_each_entry_safe(va, n_va, &valist, purge_list)
625                         __free_vmap_area(va);
626                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
627         }
628         spin_unlock(&purge_lock);
629 }
630
631 /*
632  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas. Don't bother if somebody
633  * is already purging.
634  */
635 static void try_purge_vmap_area_lazy(void)
636 {
637         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
638
639         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 0, 0);
640 }
641
642 /*
643  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas.
644  */
645 static void purge_vmap_area_lazy(void)
646 {
647         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
648
649         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 1, 0);
650 }
651
652 /*
653  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped
654  * and flush_cache_vunmap had been called for the correct range
655  * previously.
656  */
657 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
658 {
659         va->flags |= VM_LAZY_FREE;
660         atomic_add((va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
661         if (unlikely(atomic_read(&vmap_lazy_nr) > lazy_max_pages()))
662                 try_purge_vmap_area_lazy();
663 }
664
665 /*
666  * Free and unmap a vmap area, caller ensuring flush_cache_vunmap had been
667  * called for the correct range previously.
668  */
669 static void free_unmap_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
670 {
671         unmap_vmap_area(va);
672         free_vmap_area_noflush(va);
673 }
674
675 /*
676  * Free and unmap a vmap area
677  */
678 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
679 {
680         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
681         free_unmap_vmap_area_noflush(va);
682 }
683
684 static struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
685 {
686         struct vmap_area *va;
687
688         spin_lock(&vmap_area_lock);
689         va = __find_vmap_area(addr);
690         spin_unlock(&vmap_area_lock);
691
692         return va;
693 }
694
695 static void free_unmap_vmap_area_addr(unsigned long addr)
696 {
697         struct vmap_area *va;
698
699         va = find_vmap_area(addr);
700         BUG_ON(!va);
701         free_unmap_vmap_area(va);
702 }
703
704
705 /*** Per cpu kva allocator ***/
706
707 /*
708  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
709  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
710  */
711 /*
712  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
713  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
714  * instead (we just need a rough idea)
715  */
716 #if BITS_PER_LONG == 32
717 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
718 #else
719 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
720 #endif
721
722 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
723 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
724 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
725 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
726 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
727 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
728 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
729                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
730                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
731                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
732
733 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
734
735 static bool vmap_initialized __read_mostly = false;
736
737 struct vmap_block_queue {
738         spinlock_t lock;
739         struct list_head free;
740 };
741
742 struct vmap_block {
743         spinlock_t lock;
744         struct vmap_area *va;
745         struct vmap_block_queue *vbq;
746         unsigned long free, dirty;
747         DECLARE_BITMAP(alloc_map, VMAP_BBMAP_BITS);
748         DECLARE_BITMAP(dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
749         struct list_head free_list;
750         struct rcu_head rcu_head;
751         struct list_head purge;
752 };
753
754 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
755 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
756
757 /*
758  * Radix tree of vmap blocks, indexed by address, to quickly find a vmap block
759  * in the free path. Could get rid of this if we change the API to return a
760  * "cookie" from alloc, to be passed to free. But no big deal yet.
761  */
762 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_block_tree_lock);
763 static RADIX_TREE(vmap_block_tree, GFP_ATOMIC);
764
765 /*
766  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
767  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
768  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
769  * big problem.
770  */
771
772 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
773 {
774         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
775         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
776         return addr;
777 }
778
779 static struct vmap_block *new_vmap_block(gfp_t gfp_mask)
780 {
781         struct vmap_block_queue *vbq;
782         struct vmap_block *vb;
783         struct vmap_area *va;
784         unsigned long vb_idx;
785         int node, err;
786
787         node = numa_node_id();
788
789         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
790                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
791         if (unlikely(!vb))
792                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
793
794         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
795                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
796                                         node, gfp_mask);
797         if (IS_ERR(va)) {
798                 kfree(vb);
799                 return ERR_CAST(va);
800         }
801
802         err = radix_tree_preload(gfp_mask);
803         if (unlikely(err)) {
804                 kfree(vb);
805                 free_vmap_area(va);
806                 return ERR_PTR(err);
807         }
808
809         spin_lock_init(&vb->lock);
810         vb->va = va;
811         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS;
812         vb->dirty = 0;
813         bitmap_zero(vb->alloc_map, VMAP_BBMAP_BITS);
814         bitmap_zero(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
815         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
816
817         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
818         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
819         err = radix_tree_insert(&vmap_block_tree, vb_idx, vb);
820         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
821         BUG_ON(err);
822         radix_tree_preload_end();
823
824         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
825         vb->vbq = vbq;
826         spin_lock(&vbq->lock);
827         list_add_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
828         spin_unlock(&vbq->lock);
829         put_cpu_var(vmap_block_queue);
830
831         return vb;
832 }
833
834 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
835 {
836         struct vmap_block *tmp;
837         unsigned long vb_idx;
838
839         vb_idx = addr_to_vb_idx(vb->va->va_start);
840         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
841         tmp = radix_tree_delete(&vmap_block_tree, vb_idx);
842         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
843         BUG_ON(tmp != vb);
844
845         free_vmap_area_noflush(vb->va);
846         kfree_rcu(vb, rcu_head);
847 }
848
849 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
850 {
851         LIST_HEAD(purge);
852         struct vmap_block *vb;
853         struct vmap_block *n_vb;
854         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
855
856         rcu_read_lock();
857         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
858
859                 if (!(vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS))
860                         continue;
861
862                 spin_lock(&vb->lock);
863                 if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
864                         vb->free = 0; /* prevent further allocs after releasing lock */
865                         vb->dirty = VMAP_BBMAP_BITS; /* prevent purging it again */
866                         bitmap_fill(vb->alloc_map, VMAP_BBMAP_BITS);
867                         bitmap_fill(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
868                         spin_lock(&vbq->lock);
869                         list_del_rcu(&vb->free_list);
870                         spin_unlock(&vbq->lock);
871                         spin_unlock(&vb->lock);
872                         list_add_tail(&vb->purge, &purge);
873                 } else
874                         spin_unlock(&vb->lock);
875         }
876         rcu_read_unlock();
877
878         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, &purge, purge) {
879                 list_del(&vb->purge);
880                 free_vmap_block(vb);
881         }
882 }
883
884 static void purge_fragmented_blocks_thiscpu(void)
885 {
886         purge_fragmented_blocks(smp_processor_id());
887 }
888
889 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
890 {
891         int cpu;
892
893         for_each_possible_cpu(cpu)
894                 purge_fragmented_blocks(cpu);
895 }
896
897 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
898 {
899         struct vmap_block_queue *vbq;
900         struct vmap_block *vb;
901         unsigned long addr = 0;
902         unsigned int order;
903         int purge = 0;
904
905         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
906         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
907         order = get_order(size);
908
909 again:
910         rcu_read_lock();
911         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
912         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
913                 int i;
914
915                 spin_lock(&vb->lock);
916                 if (vb->free < 1UL << order)
917                         goto next;
918
919                 i = bitmap_find_free_region(vb->alloc_map,
920                                                 VMAP_BBMAP_BITS, order);
921
922                 if (i < 0) {
923                         if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
924                                 /* fragmented and no outstanding allocations */
925                                 BUG_ON(vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS);
926                                 purge = 1;
927                         }
928                         goto next;
929                 }
930                 addr = vb->va->va_start + (i << PAGE_SHIFT);
931                 BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) !=
932                                 addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
933                 vb->free -= 1UL << order;
934                 if (vb->free == 0) {
935                         spin_lock(&vbq->lock);
936                         list_del_rcu(&vb->free_list);
937                         spin_unlock(&vbq->lock);
938                 }
939                 spin_unlock(&vb->lock);
940                 break;
941 next:
942                 spin_unlock(&vb->lock);
943         }
944
945         if (purge)
946                 purge_fragmented_blocks_thiscpu();
947
948         put_cpu_var(vmap_block_queue);
949         rcu_read_unlock();
950
951         if (!addr) {
952                 vb = new_vmap_block(gfp_mask);
953                 if (IS_ERR(vb))
954                         return vb;
955                 goto again;
956         }
957
958         return (void *)addr;
959 }
960
961 static void vb_free(const void *addr, unsigned long size)
962 {
963         unsigned long offset;
964         unsigned long vb_idx;
965         unsigned int order;
966         struct vmap_block *vb;
967
968         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
969         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
970
971         flush_cache_vunmap((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
972
973         order = get_order(size);
974
975         offset = (unsigned long)addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1);
976
977         vb_idx = addr_to_vb_idx((unsigned long)addr);
978         rcu_read_lock();
979         vb = radix_tree_lookup(&vmap_block_tree, vb_idx);
980         rcu_read_unlock();
981         BUG_ON(!vb);
982
983         vunmap_page_range((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
984
985         spin_lock(&vb->lock);
986         BUG_ON(bitmap_allocate_region(vb->dirty_map, offset >> PAGE_SHIFT, order));
987
988         vb->dirty += 1UL << order;
989         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
990                 BUG_ON(vb->free);
991                 spin_unlock(&vb->lock);
992                 free_vmap_block(vb);
993         } else
994                 spin_unlock(&vb->lock);
995 }
996
997 /**
998  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
999  *
1000  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
1001  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
1002  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
1003  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
1004  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
1005  *
1006  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
1007  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
1008  * from the vmap layer.
1009  */
1010 void vm_unmap_aliases(void)
1011 {
1012         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
1013         int cpu;
1014         int flush = 0;
1015
1016         if (unlikely(!vmap_initialized))
1017                 return;
1018
1019         for_each_possible_cpu(cpu) {
1020                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1021                 struct vmap_block *vb;
1022
1023                 rcu_read_lock();
1024                 list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1025                         int i;
1026
1027                         spin_lock(&vb->lock);
1028                         i = find_first_bit(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
1029                         while (i < VMAP_BBMAP_BITS) {
1030                                 unsigned long s, e;
1031                                 int j;
1032                                 j = find_next_zero_bit(vb->dirty_map,
1033                                         VMAP_BBMAP_BITS, i);
1034
1035                                 s = vb->va->va_start + (i << PAGE_SHIFT);
1036                                 e = vb->va->va_start + (j << PAGE_SHIFT);
1037                                 flush = 1;
1038
1039                                 if (s < start)
1040                                         start = s;
1041                                 if (e > end)
1042                                         end = e;
1043
1044                                 i = j;
1045                                 i = find_next_bit(vb->dirty_map,
1046                                                         VMAP_BBMAP_BITS, i);
1047                         }
1048                         spin_unlock(&vb->lock);
1049                 }
1050                 rcu_read_unlock();
1051         }
1052
1053         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 1, flush);
1054 }
1055 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
1056
1057 /**
1058  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
1059  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
1060  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
1061  */
1062 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
1063 {
1064         unsigned long size = count << PAGE_SHIFT;
1065         unsigned long addr = (unsigned long)mem;
1066
1067         BUG_ON(!addr);
1068         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
1069         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
1070         BUG_ON(addr & (PAGE_SIZE-1));
1071
1072         debug_check_no_locks_freed(mem, size);
1073         vmap_debug_free_range(addr, addr+size);
1074
1075         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC))
1076                 vb_free(mem, size);
1077         else
1078                 free_unmap_vmap_area_addr(addr);
1079 }
1080 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
1081
1082 /**
1083  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
1084  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
1085  * @count: number of pages
1086  * @node: prefer to allocate data structures on this node
1087  * @prot: memory protection to use. PAGE_KERNEL for regular RAM
1088  *
1089  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
1090  */
1091 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node, pgprot_t prot)
1092 {
1093         unsigned long size = count << PAGE_SHIFT;
1094         unsigned long addr;
1095         void *mem;
1096
1097         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
1098                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
1099                 if (IS_ERR(mem))
1100                         return NULL;
1101                 addr = (unsigned long)mem;
1102         } else {
1103                 struct vmap_area *va;
1104                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
1105                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END, node, GFP_KERNEL);
1106                 if (IS_ERR(va))
1107                         return NULL;
1108
1109                 addr = va->va_start;
1110                 mem = (void *)addr;
1111         }
1112         if (vmap_page_range(addr, addr + size, prot, pages) < 0) {
1113                 vm_unmap_ram(mem, count);
1114                 return NULL;
1115         }
1116         return mem;
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
1119
1120 /**
1121  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
1122  * @vm: vm_struct to register
1123  * @align: requested alignment
1124  *
1125  * This function is used to register kernel vm area before
1126  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
1127  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
1128  * vm->addr contains the allocated address.
1129  *
1130  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
1131  */
1132 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
1133 {
1134         static size_t vm_init_off __initdata;
1135         unsigned long addr;
1136
1137         addr = ALIGN(VMALLOC_START + vm_init_off, align);
1138         vm_init_off = PFN_ALIGN(addr + vm->size) - VMALLOC_START;
1139
1140         vm->addr = (void *)addr;
1141
1142         vm->next = vmlist;
1143         vmlist = vm;
1144 }
1145
1146 void __init vmalloc_init(void)
1147 {
1148         struct vmap_area *va;
1149         struct vm_struct *tmp;
1150         int i;
1151
1152         for_each_possible_cpu(i) {
1153                 struct vmap_block_queue *vbq;
1154
1155                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
1156                 spin_lock_init(&vbq->lock);
1157                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
1158         }
1159
1160         /* Import existing vmlist entries. */
1161         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
1162                 va = kzalloc(sizeof(struct vmap_area), GFP_NOWAIT);
1163                 va->flags = tmp->flags | VM_VM_AREA;
1164                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
1165                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
1166                 __insert_vmap_area(va);
1167         }
1168
1169         vmap_area_pcpu_hole = VMALLOC_END;
1170
1171         vmap_initialized = true;
1172 }
1173
1174 /**
1175  * map_kernel_range_noflush - map kernel VM area with the specified pages
1176  * @addr: start of the VM area to map
1177  * @size: size of the VM area to map
1178  * @prot: page protection flags to use
1179  * @pages: pages to map
1180  *
1181  * Map PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1182  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1183  * friends.
1184  *
1185  * NOTE:
1186  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1187  * responsible for calling flush_cache_vmap() on to-be-mapped areas
1188  * before calling this function.
1189  *
1190  * RETURNS:
1191  * The number of pages mapped on success, -errno on failure.
1192  */
1193 int map_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size,
1194                              pgprot_t prot, struct page **pages)
1195 {
1196         return vmap_page_range_noflush(addr, addr + size, prot, pages);
1197 }
1198
1199 /**
1200  * unmap_kernel_range_noflush - unmap kernel VM area
1201  * @addr: start of the VM area to unmap
1202  * @size: size of the VM area to unmap
1203  *
1204  * Unmap PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1205  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1206  * friends.
1207  *
1208  * NOTE:
1209  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1210  * responsible for calling flush_cache_vunmap() on to-be-mapped areas
1211  * before calling this function and flush_tlb_kernel_range() after.
1212  */
1213 void unmap_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size)
1214 {
1215         vunmap_page_range(addr, addr + size);
1216 }
1217 EXPORT_SYMBOL_GPL(unmap_kernel_range_noflush);
1218
1219 /**
1220  * unmap_kernel_range - unmap kernel VM area and flush cache and TLB
1221  * @addr: start of the VM area to unmap
1222  * @size: size of the VM area to unmap
1223  *
1224  * Similar to unmap_kernel_range_noflush() but flushes vcache before
1225  * the unmapping and tlb after.
1226  */
1227 void unmap_kernel_range(unsigned long addr, unsigned long size)
1228 {
1229         unsigned long end = addr + size;
1230
1231         flush_cache_vunmap(addr, end);
1232         vunmap_page_range(addr, end);
1233         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
1234 }
1235
1236 int map_vm_area(struct vm_struct *area, pgprot_t prot, struct page ***pages)
1237 {
1238         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
1239         unsigned long end = addr + area->size - PAGE_SIZE;
1240         int err;
1241
1242         err = vmap_page_range(addr, end, prot, *pages);
1243         if (err > 0) {
1244                 *pages += err;
1245                 err = 0;
1246         }
1247
1248         return err;
1249 }
1250 EXPORT_SYMBOL_GPL(map_vm_area);
1251
1252 /*** Old vmalloc interfaces ***/
1253 DEFINE_RWLOCK(vmlist_lock);
1254 struct vm_struct *vmlist;
1255
1256 static void insert_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
1257                               unsigned long flags, void *caller)
1258 {
1259         struct vm_struct *tmp, **p;
1260
1261         vm->flags = flags;
1262         vm->addr = (void *)va->va_start;
1263         vm->size = va->va_end - va->va_start;
1264         vm->caller = caller;
1265         va->private = vm;
1266         va->flags |= VM_VM_AREA;
1267
1268         write_lock(&vmlist_lock);
1269         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
1270                 if (tmp->addr >= vm->addr)
1271                         break;
1272         }
1273         vm->next = *p;
1274         *p = vm;
1275         write_unlock(&vmlist_lock);
1276 }
1277
1278 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
1279                 unsigned long align, unsigned long flags, unsigned long start,
1280                 unsigned long end, int node, gfp_t gfp_mask, void *caller)
1281 {
1282         static struct vmap_area *va;
1283         struct vm_struct *area;
1284
1285         BUG_ON(in_interrupt());
1286         if (flags & VM_IOREMAP) {
1287                 int bit = fls(size);
1288
1289                 if (bit > IOREMAP_MAX_ORDER)
1290                         bit = IOREMAP_MAX_ORDER;
1291                 else if (bit < PAGE_SHIFT)
1292                         bit = PAGE_SHIFT;
1293
1294                 align = 1ul << bit;
1295         }
1296
1297         size = PAGE_ALIGN(size);
1298         if (unlikely(!size))
1299                 return NULL;
1300
1301         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1302         if (unlikely(!area))
1303                 return NULL;
1304
1305         /*
1306          * We always allocate a guard page.
1307          */
1308         size += PAGE_SIZE;
1309
1310         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);
1311         if (IS_ERR(va)) {
1312                 kfree(area);
1313                 return NULL;
1314         }
1315
1316         insert_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
1317         return area;
1318 }
1319
1320 struct vm_struct *__get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags,
1321                                 unsigned long start, unsigned long end)
1322 {
1323         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, -1, GFP_KERNEL,
1324                                                 __builtin_return_address(0));
1325 }
1326 EXPORT_SYMBOL_GPL(__get_vm_area);
1327
1328 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1329                                        unsigned long start, unsigned long end,
1330                                        void *caller)
1331 {
1332         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, -1, GFP_KERNEL,
1333                                   caller);
1334 }
1335
1336 /**
1337  *      get_vm_area  -  reserve a contiguous kernel virtual area
1338  *      @size:          size of the area
1339  *      @flags:         %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
1340  *
1341  *      Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
1342  *      and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
1343  *      on success or %NULL on failure.
1344  */
1345 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
1346 {
1347         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1348                                 -1, GFP_KERNEL, __builtin_return_address(0));
1349 }
1350
1351 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1352                                 void *caller)
1353 {
1354         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1355                                                 -1, GFP_KERNEL, caller);
1356 }
1357
1358 static struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
1359 {
1360         struct vmap_area *va;
1361
1362         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
1363         if (va && va->flags & VM_VM_AREA)
1364                 return va->private;
1365
1366         return NULL;
1367 }
1368
1369 /**
1370  *      remove_vm_area  -  find and remove a continuous kernel virtual area
1371  *      @addr:          base address
1372  *
1373  *      Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
1374  *      This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
1375  *      on SMP machines, except for its size or flags.
1376  */
1377 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
1378 {
1379         struct vmap_area *va;
1380
1381         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
1382         if (va && va->flags & VM_VM_AREA) {
1383                 struct vm_struct *vm = va->private;
1384                 struct vm_struct *tmp, **p;
1385                 /*
1386                  * remove from list and disallow access to this vm_struct
1387                  * before unmap. (address range confliction is maintained by
1388                  * vmap.)
1389                  */
1390                 write_lock(&vmlist_lock);
1391                 for (p = &vmlist; (tmp = *p) != vm; p = &tmp->next)
1392                         ;
1393                 *p = tmp->next;
1394                 write_unlock(&vmlist_lock);
1395
1396                 vmap_debug_free_range(va->va_start, va->va_end);
1397                 free_unmap_vmap_area(va);
1398                 vm->size -= PAGE_SIZE;
1399
1400                 return vm;
1401         }
1402         return NULL;
1403 }
1404
1405 static void __vunmap(const void *addr, int deallocate_pages)
1406 {
1407         struct vm_struct *area;
1408
1409         if (!addr)
1410                 return;
1411
1412         if ((PAGE_SIZE-1) & (unsigned long)addr) {
1413                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() bad address (%p)\n", addr);
1414                 return;
1415         }
1416
1417         area = remove_vm_area(addr);
1418         if (unlikely(!area)) {
1419                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
1420                                 addr);
1421                 return;
1422         }
1423
1424         debug_check_no_locks_freed(addr, area->size);
1425         debug_check_no_obj_freed(addr, area->size);
1426
1427         if (deallocate_pages) {
1428                 int i;
1429
1430                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
1431                         struct page *page = area->pages[i];
1432
1433                         BUG_ON(!page);
1434                         __free_page(page);
1435                 }
1436
1437                 if (area->flags & VM_VPAGES)
1438                         vfree(area->pages);
1439                 else
1440                         kfree(area->pages);
1441         }
1442
1443         kfree(area);
1444         return;
1445 }
1446
1447 /**
1448  *      vfree  -  release memory allocated by vmalloc()
1449  *      @addr:          memory base address
1450  *
1451  *      Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as
1452  *      obtained from vmalloc(), vmalloc_32() or __vmalloc(). If @addr is
1453  *      NULL, no operation is performed.
1454  *
1455  *      Must not be called in interrupt context.
1456  */
1457 void vfree(const void *addr)
1458 {
1459         BUG_ON(in_interrupt());
1460
1461         kmemleak_free(addr);
1462
1463         __vunmap(addr, 1);
1464 }
1465 EXPORT_SYMBOL(vfree);
1466
1467 /**
1468  *      vunmap  -  release virtual mapping obtained by vmap()
1469  *      @addr:          memory base address
1470  *
1471  *      Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
1472  *      which was created from the page array passed to vmap().
1473  *
1474  *      Must not be called in interrupt context.
1475  */
1476 void vunmap(const void *addr)
1477 {
1478         BUG_ON(in_interrupt());
1479         might_sleep();
1480         __vunmap(addr, 0);
1481 }
1482 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
1483
1484 /**
1485  *      vmap  -  map an array of pages into virtually contiguous space
1486  *      @pages:         array of page pointers
1487  *      @count:         number of pages to map
1488  *      @flags:         vm_area->flags
1489  *      @prot:          page protection for the mapping
1490  *
1491  *      Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual
1492  *      space.
1493  */
1494 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
1495                 unsigned long flags, pgprot_t prot)
1496 {
1497         struct vm_struct *area;
1498
1499         might_sleep();
1500
1501         if (count > totalram_pages)
1502                 return NULL;
1503
1504         area = get_vm_area_caller((count << PAGE_SHIFT), flags,
1505                                         __builtin_return_address(0));
1506         if (!area)
1507                 return NULL;
1508
1509         if (map_vm_area(area, prot, &pages)) {
1510                 vunmap(area->addr);
1511                 return NULL;
1512         }
1513
1514         return area->addr;
1515 }
1516 EXPORT_SYMBOL(vmap);
1517
1518 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
1519                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
1520                             int node, void *caller);
1521 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
1522                                  pgprot_t prot, int node, void *caller)
1523 {
1524         const int order = 0;
1525         struct page **pages;
1526         unsigned int nr_pages, array_size, i;
1527         gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
1528
1529         nr_pages = (area->size - PAGE_SIZE) >> PAGE_SHIFT;
1530         array_size = (nr_pages * sizeof(struct page *));
1531
1532         area->nr_pages = nr_pages;
1533         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
1534         if (array_size > PAGE_SIZE) {
1535                 pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp|__GFP_HIGHMEM,
1536                                 PAGE_KERNEL, node, caller);
1537                 area->flags |= VM_VPAGES;
1538         } else {
1539                 pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
1540         }
1541         area->pages = pages;
1542         area->caller = caller;
1543         if (!area->pages) {
1544                 remove_vm_area(area->addr);
1545                 kfree(area);
1546                 return NULL;
1547         }
1548
1549         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
1550                 struct page *page;
1551                 gfp_t tmp_mask = gfp_mask | __GFP_NOWARN;
1552
1553                 if (node < 0)
1554                         page = alloc_page(tmp_mask);
1555                 else
1556                         page = alloc_pages_node(node, tmp_mask, order);
1557
1558                 if (unlikely(!page)) {
1559                         /* Successfully allocated i pages, free them in __vunmap() */
1560                         area->nr_pages = i;
1561                         goto fail;
1562                 }
1563                 area->pages[i] = page;
1564         }
1565
1566         if (map_vm_area(area, prot, &pages))
1567                 goto fail;
1568         return area->addr;
1569
1570 fail:
1571         warn_alloc_failed(gfp_mask, order, "vmalloc: allocation failure, "
1572                           "allocated %ld of %ld bytes\n",
1573                           (area->nr_pages*PAGE_SIZE), area->size);
1574         vfree(area->addr);
1575         return NULL;
1576 }
1577
1578 /**
1579  *      __vmalloc_node_range  -  allocate virtually contiguous memory
1580  *      @size:          allocation size
1581  *      @align:         desired alignment
1582  *      @start:         vm area range start
1583  *      @end:           vm area range end
1584  *      @gfp_mask:      flags for the page level allocator
1585  *      @prot:          protection mask for the allocated pages
1586  *      @node:          node to use for allocation or -1
1587  *      @caller:        caller's return address
1588  *
1589  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1590  *      allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
1591  *      kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
1592  */
1593 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
1594                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
1595                         pgprot_t prot, int node, void *caller)
1596 {
1597         struct vm_struct *area;
1598         void *addr;
1599         unsigned long real_size = size;
1600
1601         size = PAGE_ALIGN(size);
1602         if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages)
1603                 return NULL;
1604
1605         area = __get_vm_area_node(size, align, VM_ALLOC, start, end, node,
1606                                   gfp_mask, caller);
1607
1608         if (!area)
1609                 return NULL;
1610
1611         addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, node, caller);
1612
1613         /*
1614          * A ref_count = 3 is needed because the vm_struct and vmap_area
1615          * structures allocated in the __get_vm_area_node() function contain
1616          * references to the virtual address of the vmalloc'ed block.
1617          */
1618         kmemleak_alloc(addr, real_size, 3, gfp_mask);
1619
1620         return addr;
1621 }
1622
1623 /**
1624  *      __vmalloc_node  -  allocate virtually contiguous memory
1625  *      @size:          allocation size
1626  *      @align:         desired alignment
1627  *      @gfp_mask:      flags for the page level allocator
1628  *      @prot:          protection mask for the allocated pages
1629  *      @node:          node to use for allocation or -1
1630  *      @caller:        caller's return address
1631  *
1632  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1633  *      allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
1634  *      kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
1635  */
1636 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
1637                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
1638                             int node, void *caller)
1639 {
1640         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1641                                 gfp_mask, prot, node, caller);
1642 }
1643
1644 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot)
1645 {
1646         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, prot, -1,
1647                                 __builtin_return_address(0));
1648 }
1649 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
1650
1651 static inline void *__vmalloc_node_flags(unsigned long size,
1652                                         int node, gfp_t flags)
1653 {
1654         return __vmalloc_node(size, 1, flags, PAGE_KERNEL,
1655                                         node, __builtin_return_address(0));
1656 }
1657
1658 /**
1659  *      vmalloc  -  allocate virtually contiguous memory
1660  *      @size:          allocation size
1661  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1662  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1663  *
1664  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1665  *      use __vmalloc() instead.
1666  */
1667 void *vmalloc(unsigned long size)
1668 {
1669         return __vmalloc_node_flags(size, -1, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM);
1670 }
1671 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
1672
1673 /**
1674  *      vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
1675  *      @size:  allocation size
1676  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1677  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1678  *      The memory allocated is set to zero.
1679  *
1680  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1681  *      use __vmalloc() instead.
1682  */
1683 void *vzalloc(unsigned long size)
1684 {
1685         return __vmalloc_node_flags(size, -1,
1686                                 GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
1687 }
1688 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
1689
1690 /**
1691  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
1692  * @size: allocation size
1693  *
1694  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
1695  * without leaking data.
1696  */
1697 void *vmalloc_user(unsigned long size)
1698 {
1699         struct vm_struct *area;
1700         void *ret;
1701
1702         ret = __vmalloc_node(size, SHMLBA,
1703                              GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO,
1704                              PAGE_KERNEL, -1, __builtin_return_address(0));
1705         if (ret) {
1706                 area = find_vm_area(ret);
1707                 area->flags |= VM_USERMAP;
1708         }
1709         return ret;
1710 }
1711 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
1712
1713 /**
1714  *      vmalloc_node  -  allocate memory on a specific node
1715  *      @size:          allocation size
1716  *      @node:          numa node
1717  *
1718  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1719  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1720  *
1721  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1722  *      use __vmalloc() instead.
1723  */
1724 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
1725 {
1726         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL,
1727                                         node, __builtin_return_address(0));
1728 }
1729 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
1730
1731 /**
1732  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
1733  * @size:       allocation size
1734  * @node:       numa node
1735  *
1736  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
1737  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1738  * The memory allocated is set to zero.
1739  *
1740  * For tight control over page level allocator and protection flags
1741  * use __vmalloc_node() instead.
1742  */
1743 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
1744 {
1745         return __vmalloc_node_flags(size, node,
1746                          GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
1747 }
1748 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
1749
1750 #ifndef PAGE_KERNEL_EXEC
1751 # define PAGE_KERNEL_EXEC PAGE_KERNEL
1752 #endif
1753
1754 /**
1755  *      vmalloc_exec  -  allocate virtually contiguous, executable memory
1756  *      @size:          allocation size
1757  *
1758  *      Kernel-internal function to allocate enough pages to cover @size
1759  *      the page level allocator and map them into contiguous and
1760  *      executable kernel virtual space.
1761  *
1762  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1763  *      use __vmalloc() instead.
1764  */
1765
1766 void *vmalloc_exec(unsigned long size)
1767 {
1768         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL_EXEC,
1769                               -1, __builtin_return_address(0));
1770 }
1771
1772 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
1773 #define GFP_VMALLOC32 GFP_DMA32 | GFP_KERNEL
1774 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
1775 #define GFP_VMALLOC32 GFP_DMA | GFP_KERNEL
1776 #else
1777 #define GFP_VMALLOC32 GFP_KERNEL
1778 #endif
1779
1780 /**
1781  *      vmalloc_32  -  allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
1782  *      @size:          allocation size
1783  *
1784  *      Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
1785  *      page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1786  */
1787 void *vmalloc_32(unsigned long size)
1788 {
1789         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, PAGE_KERNEL,
1790                               -1, __builtin_return_address(0));
1791 }
1792 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
1793
1794 /**
1795  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
1796  *      @size:          allocation size
1797  *
1798  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
1799  * mapped to userspace without leaking data.
1800  */
1801 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
1802 {
1803         struct vm_struct *area;
1804         void *ret;
1805
1806         ret = __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
1807                              -1, __builtin_return_address(0));
1808         if (ret) {
1809                 area = find_vm_area(ret);
1810                 area->flags |= VM_USERMAP;
1811         }
1812         return ret;
1813 }
1814 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
1815
1816 /*
1817  * small helper routine , copy contents to buf from addr.
1818  * If the page is not present, fill zero.
1819  */
1820
1821 static int aligned_vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1822 {
1823         struct page *p;
1824         int copied = 0;
1825
1826         while (count) {
1827                 unsigned long offset, length;
1828
1829                 offset = (unsigned long)addr & ~PAGE_MASK;
1830                 length = PAGE_SIZE - offset;
1831                 if (length > count)
1832                         length = count;
1833                 p = vmalloc_to_page(addr);
1834                 /*
1835                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
1836                  * lock. But adding lock here means that we need to add
1837                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
1838                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
1839                  * kmap() and get small overhead in this access function.
1840                  */
1841                 if (p) {
1842                         /*
1843                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
1844                          * function description)
1845                          */
1846                         void *map = kmap_atomic(p, KM_USER0);
1847                         memcpy(buf, map + offset, length);
1848                         kunmap_atomic(map, KM_USER0);
1849                 } else
1850                         memset(buf, 0, length);
1851
1852                 addr += length;
1853                 buf += length;
1854                 copied += length;
1855                 count -= length;
1856         }
1857         return copied;
1858 }
1859
1860 static int aligned_vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1861 {
1862         struct page *p;
1863         int copied = 0;
1864
1865         while (count) {
1866                 unsigned long offset, length;
1867
1868                 offset = (unsigned long)addr & ~PAGE_MASK;
1869                 length = PAGE_SIZE - offset;
1870                 if (length > count)
1871                         length = count;
1872                 p = vmalloc_to_page(addr);
1873                 /*
1874                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
1875                  * lock. But adding lock here means that we need to add
1876                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
1877                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
1878                  * kmap() and get small overhead in this access function.
1879                  */
1880                 if (p) {
1881                         /*
1882                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
1883                          * function description)
1884                          */
1885                         void *map = kmap_atomic(p, KM_USER0);
1886                         memcpy(map + offset, buf, length);
1887                         kunmap_atomic(map, KM_USER0);
1888                 }
1889                 addr += length;
1890                 buf += length;
1891                 copied += length;
1892                 count -= length;
1893         }
1894         return copied;
1895 }
1896
1897 /**
1898  *      vread() -  read vmalloc area in a safe way.
1899  *      @buf:           buffer for reading data
1900  *      @addr:          vm address.
1901  *      @count:         number of bytes to be read.
1902  *
1903  *      Returns # of bytes which addr and buf should be increased.
1904  *      (same number to @count). Returns 0 if [addr...addr+count) doesn't
1905  *      includes any intersect with alive vmalloc area.
1906  *
1907  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
1908  *      copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
1909  *      of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
1910  *      proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
1911  *      IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
1912  *
1913  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
1914  *      vm_struct area, returns 0.
1915  *      @buf should be kernel's buffer. Because this function uses KM_USER0,
1916  *      the caller should guarantee KM_USER0 is not used.
1917  *
1918  *      Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
1919  *      should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
1920  *      This is for routines which have to access vmalloc area without
1921  *      any informaion, as /dev/kmem.
1922  *
1923  */
1924
1925 long vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1926 {
1927         struct vm_struct *tmp;
1928         char *vaddr, *buf_start = buf;
1929         unsigned long buflen = count;
1930         unsigned long n;
1931
1932         /* Don't allow overflow */
1933         if ((unsigned long) addr + count < count)
1934                 count = -(unsigned long) addr;
1935
1936         read_lock(&vmlist_lock);
1937         for (tmp = vmlist; count && tmp; tmp = tmp->next) {
1938                 vaddr = (char *) tmp->addr;
1939                 if (addr >= vaddr + tmp->size - PAGE_SIZE)
1940                         continue;
1941                 while (addr < vaddr) {
1942                         if (count == 0)
1943                                 goto finished;
1944                         *buf = '\0';
1945                         buf++;
1946                         addr++;
1947                         count--;
1948                 }
1949                 n = vaddr + tmp->size - PAGE_SIZE - addr;
1950                 if (n > count)
1951                         n = count;
1952                 if (!(tmp->flags & VM_IOREMAP))
1953                         aligned_vread(buf, addr, n);
1954                 else /* IOREMAP area is treated as memory hole */
1955                         memset(buf, 0, n);
1956                 buf += n;
1957                 addr += n;
1958                 count -= n;
1959         }
1960 finished:
1961         read_unlock(&vmlist_lock);
1962
1963         if (buf == buf_start)
1964                 return 0;
1965         /* zero-fill memory holes */
1966         if (buf != buf_start + buflen)
1967                 memset(buf, 0, buflen - (buf - buf_start));
1968
1969         return buflen;
1970 }
1971
1972 /**
1973  *      vwrite() -  write vmalloc area in a safe way.
1974  *      @buf:           buffer for source data
1975  *      @addr:          vm address.
1976  *      @count:         number of bytes to be read.
1977  *
1978  *      Returns # of bytes which addr and buf should be incresed.
1979  *      (same number to @count).
1980  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersect with valid
1981  *      vmalloc area, returns 0.
1982  *
1983  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
1984  *      copy data from a buffer to the given addr. If specified range of
1985  *      [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied from
1986  *      proper area of @buf. If there are memory holes, no copy to hole.
1987  *      IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
1988  *
1989  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
1990  *      vm_struct area, returns 0.
1991  *      @buf should be kernel's buffer. Because this function uses KM_USER0,
1992  *      the caller should guarantee KM_USER0 is not used.
1993  *
1994  *      Note: In usual ops, vwrite() is never necessary because the caller
1995  *      should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
1996  *      This is for routines which have to access vmalloc area without
1997  *      any informaion, as /dev/kmem.
1998  */
1999
2000 long vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2001 {
2002         struct vm_struct *tmp;
2003         char *vaddr;
2004         unsigned long n, buflen;
2005         int copied = 0;
2006
2007         /* Don't allow overflow */
2008         if ((unsigned long) addr + count < count)
2009                 count = -(unsigned long) addr;
2010         buflen = count;
2011
2012         read_lock(&vmlist_lock);
2013         for (tmp = vmlist; count && tmp; tmp = tmp->next) {
2014                 vaddr = (char *) tmp->addr;
2015                 if (addr >= vaddr + tmp->size - PAGE_SIZE)
2016                         continue;
2017                 while (addr < vaddr) {
2018                         if (count == 0)
2019                                 goto finished;
2020                         buf++;
2021                         addr++;
2022                         count--;
2023                 }
2024                 n = vaddr + tmp->size - PAGE_SIZE - addr;
2025                 if (n > count)
2026                         n = count;
2027                 if (!(tmp->flags & VM_IOREMAP)) {
2028                         aligned_vwrite(buf, addr, n);
2029                         copied++;
2030                 }
2031                 buf += n;
2032                 addr += n;
2033                 count -= n;
2034         }
2035 finished:
2036         read_unlock(&vmlist_lock);
2037         if (!copied)
2038                 return 0;
2039         return buflen;
2040 }
2041
2042 /**
2043  *      remap_vmalloc_range  -  map vmalloc pages to userspace
2044  *      @vma:           vma to cover (map full range of vma)
2045  *      @addr:          vmalloc memory
2046  *      @pgoff:         number of pages into addr before first page to map
2047  *
2048  *      Returns:        0 for success, -Exxx on failure
2049  *
2050  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2051  *      that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
2052  *      that criteria isn't met.
2053  *
2054  *      Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
2055  */
2056 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
2057                                                 unsigned long pgoff)
2058 {
2059         struct vm_struct *area;
2060         unsigned long uaddr = vma->vm_start;
2061         unsigned long usize = vma->vm_end - vma->vm_start;
2062
2063         if ((PAGE_SIZE-1) & (unsigned long)addr)
2064                 return -EINVAL;
2065
2066         area = find_vm_area(addr);
2067         if (!area)
2068                 return -EINVAL;
2069
2070         if (!(area->flags & VM_USERMAP))
2071                 return -EINVAL;
2072
2073         if (usize + (pgoff << PAGE_SHIFT) > area->size - PAGE_SIZE)
2074                 return -EINVAL;
2075
2076         addr += pgoff << PAGE_SHIFT;
2077         do {
2078                 struct page *page = vmalloc_to_page(addr);
2079                 int ret;
2080
2081                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
2082                 if (ret)
2083                         return ret;
2084
2085                 uaddr += PAGE_SIZE;
2086                 addr += PAGE_SIZE;
2087                 usize -= PAGE_SIZE;
2088         } while (usize > 0);
2089
2090         /* Prevent "things" like memory migration? VM_flags need a cleanup... */
2091         vma->vm_flags |= VM_RESERVED;
2092
2093         return 0;
2094 }
2095 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
2096
2097 /*
2098  * Implement a stub for vmalloc_sync_all() if the architecture chose not to
2099  * have one.
2100  */
2101 void  __attribute__((weak)) vmalloc_sync_all(void)
2102 {
2103 }
2104
2105
2106 static int f(pte_t *pte, pgtable_t table, unsigned long addr, void *data)
2107 {
2108         /* apply_to_page_range() does all the hard work. */
2109         return 0;
2110 }
2111
2112 /**
2113  *      alloc_vm_area - allocate a range of kernel address space
2114  *      @size:          size of the area
2115  *
2116  *      Returns:        NULL on failure, vm_struct on success
2117  *
2118  *      This function reserves a range of kernel address space, and
2119  *      allocates pagetables to map that range.  No actual mappings
2120  *      are created.  If the kernel address space is not shared
2121  *      between processes, it syncs the pagetable across all
2122  *      processes.
2123  */
2124 struct vm_struct *alloc_vm_area(size_t size)
2125 {
2126         struct vm_struct *area;
2127
2128         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP,
2129                                 __builtin_return_address(0));
2130         if (area == NULL)
2131                 return NULL;
2132
2133         /*
2134          * This ensures that page tables are constructed for this region
2135          * of kernel virtual address space and mapped into init_mm.
2136          */
2137         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
2138                                 area->size, f, NULL)) {
2139                 free_vm_area(area);
2140                 return NULL;
2141         }
2142
2143         /*
2144          * If the allocated address space is passed to a hypercall
2145          * before being used then we cannot rely on a page fault to
2146          * trigger an update of the page tables.  So sync all the page
2147          * tables here.
2148          */
2149         vmalloc_sync_all();
2150
2151         return area;
2152 }
2153 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_vm_area);
2154
2155 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
2156 {
2157         struct vm_struct *ret;
2158         ret = remove_vm_area(area->addr);
2159         BUG_ON(ret != area);
2160         kfree(area);
2161 }
2162 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
2163
2164 #ifdef CONFIG_SMP
2165 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
2166 {
2167         return n ? rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node) : NULL;
2168 }
2169
2170 /**
2171  * pvm_find_next_prev - find the next and prev vmap_area surrounding @end
2172  * @end: target address
2173  * @pnext: out arg for the next vmap_area
2174  * @pprev: out arg for the previous vmap_area
2175  *
2176  * Returns: %true if either or both of next and prev are found,
2177  *          %false if no vmap_area exists
2178  *
2179  * Find vmap_areas end addresses of which enclose @end.  ie. if not
2180  * NULL, *pnext->va_end > @end and *pprev->va_end <= @end.
2181  */
2182 static bool pvm_find_next_prev(unsigned long end,
2183                                struct vmap_area **pnext,
2184                                struct vmap_area **pprev)
2185 {
2186         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
2187         struct vmap_area *va = NULL;
2188
2189         while (n) {
2190                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
2191                 if (end < va->va_end)
2192                         n = n->rb_left;
2193                 else if (end > va->va_end)
2194                         n = n->rb_right;
2195                 else
2196                         break;
2197         }
2198
2199         if (!va)
2200                 return false;
2201
2202         if (va->va_end > end) {
2203                 *pnext = va;
2204                 *pprev = node_to_va(rb_prev(&(*pnext)->rb_node));
2205         } else {
2206                 *pprev = va;
2207                 *pnext = node_to_va(rb_next(&(*pprev)->rb_node));
2208         }
2209         return true;
2210 }
2211
2212 /**
2213  * pvm_determine_end - find the highest aligned address between two vmap_areas
2214  * @pnext: in/out arg for the next vmap_area
2215  * @pprev: in/out arg for the previous vmap_area
2216  * @align: alignment
2217  *
2218  * Returns: determined end address
2219  *
2220  * Find the highest aligned address between *@pnext and *@pprev below
2221  * VMALLOC_END.  *@pnext and *@pprev are adjusted so that the aligned
2222  * down address is between the end addresses of the two vmap_areas.
2223  *
2224  * Please note that the address returned by this function may fall
2225  * inside *@pnext vmap_area.  The caller is responsible for checking
2226  * that.
2227  */
2228 static unsigned long pvm_determine_end(struct vmap_area **pnext,
2229                                        struct vmap_area **pprev,
2230                                        unsigned long align)
2231 {
2232         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
2233         unsigned long addr;
2234
2235         if (*pnext)
2236                 addr = min((*pnext)->va_start & ~(align - 1), vmalloc_end);
2237         else
2238                 addr = vmalloc_end;
2239
2240         while (*pprev && (*pprev)->va_end > addr) {
2241                 *pnext = *pprev;
2242                 *pprev = node_to_va(rb_prev(&(*pnext)->rb_node));
2243         }
2244
2245         return addr;
2246 }
2247
2248 /**
2249  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
2250  * @offsets: array containing offset of each area
2251  * @sizes: array containing size of each area
2252  * @nr_vms: the number of areas to allocate
2253  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
2254  *
2255  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
2256  *          vm_structs on success, %NULL on failure
2257  *
2258  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
2259  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
2260  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
2261  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
2262  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
2263  * areas are allocated from top.
2264  *
2265  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple.  It
2266  * does everything top-down and scans areas from the end looking for
2267  * matching slot.  While scanning, if any of the areas overlaps with
2268  * existing vmap_area, the base address is pulled down to fit the
2269  * area.  Scanning is repeated till all the areas fit and then all
2270  * necessary data structres are inserted and the result is returned.
2271  */
2272 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
2273                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
2274                                      size_t align)
2275 {
2276         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
2277         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
2278         struct vmap_area **vas, *prev, *next;
2279         struct vm_struct **vms;
2280         int area, area2, last_area, term_area;
2281         unsigned long base, start, end, last_end;
2282         bool purged = false;
2283
2284         /* verify parameters and allocate data structures */
2285         BUG_ON(align & ~PAGE_MASK || !is_power_of_2(align));
2286         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
2287                 start = offsets[area];
2288                 end = start + sizes[area];
2289
2290                 /* is everything aligned properly? */
2291                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
2292                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
2293
2294                 /* detect the area with the highest address */
2295                 if (start > offsets[last_area])
2296                         last_area = area;
2297
2298                 for (area2 = 0; area2 < nr_vms; area2++) {
2299                         unsigned long start2 = offsets[area2];
2300                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
2301
2302                         if (area2 == area)
2303                                 continue;
2304
2305                         BUG_ON(start2 >= start && start2 < end);
2306                         BUG_ON(end2 <= end && end2 > start);
2307                 }
2308         }
2309         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
2310
2311         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
2312                 WARN_ON(true);
2313                 return NULL;
2314         }
2315
2316         vms = kzalloc(sizeof(vms[0]) * nr_vms, GFP_KERNEL);
2317         vas = kzalloc(sizeof(vas[0]) * nr_vms, GFP_KERNEL);
2318         if (!vas || !vms)
2319                 goto err_free;
2320
2321         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2322                 vas[area] = kzalloc(sizeof(struct vmap_area), GFP_KERNEL);
2323                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
2324                 if (!vas[area] || !vms[area])
2325                         goto err_free;
2326         }
2327 retry:
2328         spin_lock(&vmap_area_lock);
2329
2330         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
2331         area = term_area = last_area;
2332         start = offsets[area];
2333         end = start + sizes[area];
2334
2335         if (!pvm_find_next_prev(vmap_area_pcpu_hole, &next, &prev)) {
2336                 base = vmalloc_end - last_end;
2337                 goto found;
2338         }
2339         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2340
2341         while (true) {
2342                 BUG_ON(next && next->va_end <= base + end);
2343                 BUG_ON(prev && prev->va_end > base + end);
2344
2345                 /*
2346                  * base might have underflowed, add last_end before
2347                  * comparing.
2348                  */
2349                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end) {
2350                         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2351                         if (!purged) {
2352                                 purge_vmap_area_lazy();
2353                                 purged = true;
2354                                 goto retry;
2355                         }
2356                         goto err_free;
2357                 }
2358
2359                 /*
2360                  * If next overlaps, move base downwards so that it's
2361                  * right below next and then recheck.
2362                  */
2363                 if (next && next->va_start < base + end) {
2364                         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2365                         term_area = area;
2366                         continue;
2367                 }
2368
2369                 /*
2370                  * If prev overlaps, shift down next and prev and move
2371                  * base so that it's right below new next and then
2372                  * recheck.
2373                  */
2374                 if (prev && prev->va_end > base + start)  {
2375                         next = prev;
2376                         prev = node_to_va(rb_prev(&next->rb_node));
2377                         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2378                         term_area = area;
2379                         continue;
2380                 }
2381
2382                 /*
2383                  * This area fits, move on to the previous one.  If
2384                  * the previous one is the terminal one, we're done.
2385                  */
2386                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
2387                 if (area == term_area)
2388                         break;
2389                 start = offsets[area];
2390                 end = start + sizes[area];
2391                 pvm_find_next_prev(base + end, &next, &prev);
2392         }
2393 found:
2394         /* we've found a fitting base, insert all va's */
2395         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2396                 struct vmap_area *va = vas[area];
2397
2398                 va->va_start = base + offsets[area];
2399                 va->va_end = va->va_start + sizes[area];
2400                 __insert_vmap_area(va);
2401         }
2402
2403         vmap_area_pcpu_hole = base + offsets[last_area];
2404
2405         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2406
2407         /* insert all vm's */
2408         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
2409                 insert_vmalloc_vm(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
2410                                   pcpu_get_vm_areas);
2411
2412         kfree(vas);
2413         return vms;
2414
2415 err_free:
2416         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2417                 if (vas)
2418                         kfree(vas[area]);
2419                 if (vms)
2420                         kfree(vms[area]);
2421         }
2422         kfree(vas);
2423         kfree(vms);
2424         return NULL;
2425 }
2426
2427 /**
2428  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
2429  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
2430  * @nr_vms: the number of allocated areas
2431  *
2432  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
2433  */
2434 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
2435 {
2436         int i;
2437
2438         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
2439                 free_vm_area(vms[i]);
2440         kfree(vms);
2441 }
2442 #endif  /* CONFIG_SMP */
2443
2444 #ifdef CONFIG_PROC_FS
2445 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
2446         __acquires(&vmlist_lock)
2447 {
2448         loff_t n = *pos;
2449         struct vm_struct *v;
2450
2451         read_lock(&vmlist_lock);
2452         v = vmlist;
2453         while (n > 0 && v) {
2454                 n--;
2455                 v = v->next;
2456         }
2457         if (!n)
2458                 return v;
2459
2460         return NULL;
2461
2462 }
2463
2464 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
2465 {
2466         struct vm_struct *v = p;
2467
2468         ++*pos;
2469         return v->next;
2470 }
2471
2472 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
2473         __releases(&vmlist_lock)
2474 {
2475         read_unlock(&vmlist_lock);
2476 }
2477
2478 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
2479 {
2480         if (NUMA_BUILD) {
2481                 unsigned int nr, *counters = m->private;
2482
2483                 if (!counters)
2484                         return;
2485
2486                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
2487
2488                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr++)
2489                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])]++;
2490
2491                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
2492                         if (counters[nr])
2493                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
2494         }
2495 }
2496
2497 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
2498 {
2499         struct vm_struct *v = p;
2500
2501         seq_printf(m, "0x%p-0x%p %7ld",
2502                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
2503
2504         if (v->caller)
2505                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
2506
2507         if (v->nr_pages)
2508                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
2509
2510         if (v->phys_addr)
2511                 seq_printf(m, " phys=%llx", (unsigned long long)v->phys_addr);
2512
2513         if (v->flags & VM_IOREMAP)
2514                 seq_printf(m, " ioremap");
2515
2516         if (v->flags & VM_ALLOC)
2517                 seq_printf(m, " vmalloc");
2518
2519         if (v->flags & VM_MAP)
2520                 seq_printf(m, " vmap");
2521
2522         if (v->flags & VM_USERMAP)
2523                 seq_printf(m, " user");
2524
2525         if (v->flags & VM_VPAGES)
2526                 seq_printf(m, " vpages");
2527
2528         show_numa_info(m, v);
2529         seq_putc(m, '\n');
2530         return 0;
2531 }
2532
2533 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
2534         .start = s_start,
2535         .next = s_next,
2536         .stop = s_stop,
2537         .show = s_show,
2538 };
2539
2540 static int vmalloc_open(struct inode *inode, struct file *file)
2541 {
2542         unsigned int *ptr = NULL;
2543         int ret;
2544
2545         if (NUMA_BUILD) {
2546                 ptr = kmalloc(nr_node_ids * sizeof(unsigned int), GFP_KERNEL);
2547                 if (ptr == NULL)
2548                         return -ENOMEM;
2549         }
2550         ret = seq_open(file, &vmalloc_op);
2551         if (!ret) {
2552                 struct seq_file *m = file->private_data;
2553                 m->private = ptr;
2554         } else
2555                 kfree(ptr);
2556         return ret;
2557 }
2558
2559 static const struct file_operations proc_vmalloc_operations = {
2560         .open           = vmalloc_open,
2561         .read           = seq_read,
2562         .llseek         = seq_lseek,
2563         .release        = seq_release_private,
2564 };
2565
2566 static int __init proc_vmalloc_init(void)
2567 {
2568         proc_create("vmallocinfo", S_IRUSR, NULL, &proc_vmalloc_operations);
2569         return 0;
2570 }
2571 module_init(proc_vmalloc_init);
2572 #endif
2573