percpu: factor out pcpu_addr_in_first/reserved_chunk() and update per_cpu_ptr_to_phys()
[linux-3.10.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * linux/mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks in vmalloc area.  Each
11  * chunk is consisted of boot-time determined number of units and the
12  * first chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.  ie. in
17  * vmalloc area
18  *
19  *  c0                           c1                         c2
20  *  -------------------          -------------------        ------------
21  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
22  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
23  *
24  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
25  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
26  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  On UMA, units corresponds directly to
27  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
28  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
29  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
30  *
31  * There are usually many small percpu allocations many of them being
32  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
33  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
34  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
35  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
36  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
37  * chunk maps unnecessarily.
38  *
39  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
40  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
41  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
42  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
43  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
44  * Chunks can be determined from the address using the index field
45  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
46  *
47  * To use this allocator, arch code should do the followings.
48  *
49  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
50  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
51  *   different from the default
52  *
53  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
54  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
55  */
56
57 #include <linux/bitmap.h>
58 #include <linux/bootmem.h>
59 #include <linux/err.h>
60 #include <linux/list.h>
61 #include <linux/log2.h>
62 #include <linux/mm.h>
63 #include <linux/module.h>
64 #include <linux/mutex.h>
65 #include <linux/percpu.h>
66 #include <linux/pfn.h>
67 #include <linux/slab.h>
68 #include <linux/spinlock.h>
69 #include <linux/vmalloc.h>
70 #include <linux/workqueue.h>
71
72 #include <asm/cacheflush.h>
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/io.h>
76
77 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
78 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
79
80 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
81 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
82 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
83         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
84                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
85                           (unsigned long)__per_cpu_start)
86 #endif
87 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
88 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
89         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
90                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
91                          (unsigned long)__per_cpu_start)
92 #endif
93
94 struct pcpu_chunk {
95         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
96         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
97         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
98         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
99         int                     map_used;       /* # of map entries used */
100         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
101         int                     *map;           /* allocation map */
102         struct vm_struct        **vms;          /* mapped vmalloc regions */
103         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
104         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
105 };
106
107 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
108 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
109 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
110 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
111 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
112 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
113
114 /* cpus with the lowest and highest unit numbers */
115 static unsigned int pcpu_first_unit_cpu __read_mostly;
116 static unsigned int pcpu_last_unit_cpu __read_mostly;
117
118 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
119 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
120 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
121
122 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
123 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
124
125 /* group information, used for vm allocation */
126 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
127 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
128 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
129
130 /*
131  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
132  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
133  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
134  */
135 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
136
137 /*
138  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
139  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
140  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
141  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
142  * respectively.
143  */
144 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
145 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
146
147 /*
148  * Synchronization rules.
149  *
150  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
151  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
152  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
153  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
154  *
155  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
156  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
157  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.  In
158  * general, percpu memory can't be allocated with irq off but
159  * irqsave/restore are still used in alloc path so that it can be used
160  * from early init path - sched_init() specifically.
161  *
162  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
163  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
164  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
165  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
166  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
167  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
168  * allocation path might be referencing the chunk with only
169  * pcpu_alloc_mutex locked.
170  */
171 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
172 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
173
174 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
175
176 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
177 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
178 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
179
180 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
181 {
182         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
183
184         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
185 }
186
187 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
188 {
189         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
190
191         return addr >= first_start &&
192                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
193 }
194
195 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
196 {
197         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
198         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
199 }
200
201 static int pcpu_size_to_slot(int size)
202 {
203         if (size == pcpu_unit_size)
204                 return pcpu_nr_slots - 1;
205         return __pcpu_size_to_slot(size);
206 }
207
208 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
209 {
210         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
211                 return 0;
212
213         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
214 }
215
216 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
217 {
218         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
219 }
220
221 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
222                                      unsigned int cpu, int page_idx)
223 {
224         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
225                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
226 }
227
228 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
229                                     unsigned int cpu, int page_idx)
230 {
231         /* must not be used on pre-mapped chunk */
232         WARN_ON(chunk->immutable);
233
234         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
235 }
236
237 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
238 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
239 {
240         page->index = (unsigned long)pcpu;
241 }
242
243 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
244 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
245 {
246         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
247 }
248
249 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
250 {
251         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
252         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
253 }
254
255 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
256 {
257         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
258         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
259 }
260
261 /*
262  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
263  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
264  * be integer variables and will be set to start and end page index of
265  * the current region.
266  */
267 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
268         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
269              (rs) < (re);                                                   \
270              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
271
272 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
273         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
274              (rs) < (re);                                                   \
275              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
276
277 /**
278  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
279  * @size: bytes to allocate
280  *
281  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
282  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
283  * memory is always zeroed.
284  *
285  * CONTEXT:
286  * Does GFP_KERNEL allocation.
287  *
288  * RETURNS:
289  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
290  */
291 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
292 {
293         if (size <= PAGE_SIZE)
294                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
295         else {
296                 void *ptr = vmalloc(size);
297                 if (ptr)
298                         memset(ptr, 0, size);
299                 return ptr;
300         }
301 }
302
303 /**
304  * pcpu_mem_free - free memory
305  * @ptr: memory to free
306  * @size: size of the area
307  *
308  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
309  */
310 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
311 {
312         if (size <= PAGE_SIZE)
313                 kfree(ptr);
314         else
315                 vfree(ptr);
316 }
317
318 /**
319  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
320  * @chunk: chunk of interest
321  * @oslot: the previous slot it was on
322  *
323  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
324  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
325  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
326  * chunk slots.
327  *
328  * CONTEXT:
329  * pcpu_lock.
330  */
331 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
332 {
333         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
334
335         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
336                 if (oslot < nslot)
337                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
338                 else
339                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
340         }
341 }
342
343 /**
344  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
345  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
346  *
347  * RETURNS:
348  * The address of the found chunk.
349  */
350 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
351 {
352         /* is it in the first chunk? */
353         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
354                 /* is it in the reserved area? */
355                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
356                         return pcpu_reserved_chunk;
357                 return pcpu_first_chunk;
358         }
359
360         /*
361          * The address is relative to unit0 which might be unused and
362          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
363          * current processor before looking it up in the vmalloc
364          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
365          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
366          */
367         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
368         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
369 }
370
371 /**
372  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
373  * @chunk: chunk of interest
374  *
375  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended to
376  * accomodate a new allocation.
377  *
378  * CONTEXT:
379  * pcpu_lock.
380  *
381  * RETURNS:
382  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
383  * otherwise.
384  */
385 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk)
386 {
387         int new_alloc;
388
389         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
390                 return 0;
391
392         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
393         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
394                 new_alloc *= 2;
395
396         return new_alloc;
397 }
398
399 /**
400  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
401  * @chunk: chunk of interest
402  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
403  *
404  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
405  *
406  * CONTEXT:
407  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
408  *
409  * RETURNS:
410  * 0 on success, -errno on failure.
411  */
412 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
413 {
414         int *old = NULL, *new = NULL;
415         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
416         unsigned long flags;
417
418         new = pcpu_mem_alloc(new_size);
419         if (!new)
420                 return -ENOMEM;
421
422         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
423         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
424
425         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
426                 goto out_unlock;
427
428         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
429         memcpy(new, chunk->map, old_size);
430
431         /*
432          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
433          * one of the first chunks and still using static map.
434          */
435         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
436                 old = chunk->map;
437
438         chunk->map_alloc = new_alloc;
439         chunk->map = new;
440         new = NULL;
441
442 out_unlock:
443         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
444
445         /*
446          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
447          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
448          */
449         pcpu_mem_free(old, old_size);
450         pcpu_mem_free(new, new_size);
451
452         return 0;
453 }
454
455 /**
456  * pcpu_split_block - split a map block
457  * @chunk: chunk of interest
458  * @i: index of map block to split
459  * @head: head size in bytes (can be 0)
460  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
461  *
462  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
463  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
464  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
465  *
466  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
467  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
468  * is inserted after the target block.
469  *
470  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
471  *
472  * CONTEXT:
473  * pcpu_lock.
474  */
475 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
476                              int head, int tail)
477 {
478         int nr_extra = !!head + !!tail;
479
480         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
481
482         /* insert new subblocks */
483         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
484                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
485         chunk->map_used += nr_extra;
486
487         if (head) {
488                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
489                 chunk->map[i++] = head;
490         }
491         if (tail) {
492                 chunk->map[i++] -= tail;
493                 chunk->map[i] = tail;
494         }
495 }
496
497 /**
498  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
499  * @chunk: chunk of interest
500  * @size: wanted size in bytes
501  * @align: wanted align
502  *
503  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
504  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
505  * populate or map the area.
506  *
507  * @chunk->map must have at least two free slots.
508  *
509  * CONTEXT:
510  * pcpu_lock.
511  *
512  * RETURNS:
513  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
514  * found.
515  */
516 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
517 {
518         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
519         int max_contig = 0;
520         int i, off;
521
522         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
523                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
524                 int head, tail;
525
526                 /* extra for alignment requirement */
527                 head = ALIGN(off, align) - off;
528                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
529
530                 if (chunk->map[i] < 0)
531                         continue;
532                 if (chunk->map[i] < head + size) {
533                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
534                         continue;
535                 }
536
537                 /*
538                  * If head is small or the previous block is free,
539                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
540                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
541                  * uncommon for percpu allocations.
542                  */
543                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
544                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
545                                 chunk->map[i - 1] += head;
546                         else {
547                                 chunk->map[i - 1] -= head;
548                                 chunk->free_size -= head;
549                         }
550                         chunk->map[i] -= head;
551                         off += head;
552                         head = 0;
553                 }
554
555                 /* if tail is small, just keep it around */
556                 tail = chunk->map[i] - head - size;
557                 if (tail < sizeof(int))
558                         tail = 0;
559
560                 /* split if warranted */
561                 if (head || tail) {
562                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
563                         if (head) {
564                                 i++;
565                                 off += head;
566                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
567                         }
568                         if (tail)
569                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
570                 }
571
572                 /* update hint and mark allocated */
573                 if (is_last)
574                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
575                 else
576                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
577                                                  max_contig);
578
579                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
580                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
581
582                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
583                 return off;
584         }
585
586         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
587         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
588
589         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
590         return -1;
591 }
592
593 /**
594  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
595  * @chunk: chunk of interest
596  * @freeme: offset of area to free
597  *
598  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
599  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
600  * the area.
601  *
602  * CONTEXT:
603  * pcpu_lock.
604  */
605 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
606 {
607         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
608         int i, off;
609
610         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
611                 if (off == freeme)
612                         break;
613         BUG_ON(off != freeme);
614         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
615
616         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
617         chunk->free_size += chunk->map[i];
618
619         /* merge with previous? */
620         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
621                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
622                 chunk->map_used--;
623                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
624                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
625                 i--;
626         }
627         /* merge with next? */
628         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
629                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
630                 chunk->map_used--;
631                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
632                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
633         }
634
635         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
636         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
637 }
638
639 /**
640  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
641  * @chunk: chunk of interest
642  * @bitmapp: output parameter for bitmap
643  * @may_alloc: may allocate the array
644  *
645  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
646  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
647  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
648  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
649  * and access exclusion is the caller's responsibility.
650  *
651  * CONTEXT:
652  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
653  * Otherwise, don't care.
654  *
655  * RETURNS:
656  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
657  */
658 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
659                                                unsigned long **bitmapp,
660                                                bool may_alloc)
661 {
662         static struct page **pages;
663         static unsigned long *bitmap;
664         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
665         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
666                              sizeof(unsigned long);
667
668         if (!pages || !bitmap) {
669                 if (may_alloc && !pages)
670                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
671                 if (may_alloc && !bitmap)
672                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
673                 if (!pages || !bitmap)
674                         return NULL;
675         }
676
677         memset(pages, 0, pages_size);
678         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
679
680         *bitmapp = bitmap;
681         return pages;
682 }
683
684 /**
685  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
686  * @chunk: chunk pages were allocated for
687  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
688  * @populated: populated bitmap
689  * @page_start: page index of the first page to be freed
690  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
691  *
692  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
693  * The pages were allocated for @chunk.
694  */
695 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
696                             struct page **pages, unsigned long *populated,
697                             int page_start, int page_end)
698 {
699         unsigned int cpu;
700         int i;
701
702         for_each_possible_cpu(cpu) {
703                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
704                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
705
706                         if (page)
707                                 __free_page(page);
708                 }
709         }
710 }
711
712 /**
713  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
714  * @chunk: target chunk
715  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
716  * @populated: populated bitmap
717  * @page_start: page index of the first page to be allocated
718  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
719  *
720  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
721  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
722  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
723  */
724 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
725                             struct page **pages, unsigned long *populated,
726                             int page_start, int page_end)
727 {
728         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
729         unsigned int cpu;
730         int i;
731
732         for_each_possible_cpu(cpu) {
733                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
734                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
735
736                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
737                         if (!*pagep) {
738                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
739                                                 page_start, page_end);
740                                 return -ENOMEM;
741                         }
742                 }
743         }
744         return 0;
745 }
746
747 /**
748  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
749  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
750  * @page_start: page index of the first page to be flushed
751  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
752  *
753  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
754  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
755  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
756  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
757  * scalable.
758  */
759 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
760                                  int page_start, int page_end)
761 {
762         flush_cache_vunmap(
763                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
764                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
765 }
766
767 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
768 {
769         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
770 }
771
772 /**
773  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
774  * @chunk: chunk of interest
775  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
776  * @populated: populated bitmap
777  * @page_start: page index of the first page to unmap
778  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
779  *
780  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
781  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
782  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
783  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
784  * proper pre/post flush functions.
785  */
786 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
787                              struct page **pages, unsigned long *populated,
788                              int page_start, int page_end)
789 {
790         unsigned int cpu;
791         int i;
792
793         for_each_possible_cpu(cpu) {
794                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
795                         struct page *page;
796
797                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
798                         WARN_ON(!page);
799                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
800                 }
801                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
802                                    page_end - page_start);
803         }
804
805         for (i = page_start; i < page_end; i++)
806                 __clear_bit(i, populated);
807 }
808
809 /**
810  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
811  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
812  * @page_start: page index of the first page to be flushed
813  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
814  *
815  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
816  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
817  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
818  *
819  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
820  * for the whole region.
821  */
822 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
823                                       int page_start, int page_end)
824 {
825         flush_tlb_kernel_range(
826                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
827                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
828 }
829
830 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
831                             int nr_pages)
832 {
833         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
834                                         PAGE_KERNEL, pages);
835 }
836
837 /**
838  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
839  * @chunk: chunk of interest
840  * @pages: pages array containing pages to be mapped
841  * @populated: populated bitmap
842  * @page_start: page index of the first page to map
843  * @page_end: page index of the last page to map + 1
844  *
845  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
846  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
847  * mappings are complete.
848  *
849  * This function is responsible for setting corresponding bits in
850  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
851  * lookup (addr -> chunk).
852  */
853 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
854                           struct page **pages, unsigned long *populated,
855                           int page_start, int page_end)
856 {
857         unsigned int cpu, tcpu;
858         int i, err;
859
860         for_each_possible_cpu(cpu) {
861                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
862                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
863                                        page_end - page_start);
864                 if (err < 0)
865                         goto err;
866         }
867
868         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
869         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
870                 for_each_possible_cpu(cpu)
871                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
872                                             chunk);
873                 __set_bit(i, populated);
874         }
875
876         return 0;
877
878 err:
879         for_each_possible_cpu(tcpu) {
880                 if (tcpu == cpu)
881                         break;
882                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
883                                    page_end - page_start);
884         }
885         return err;
886 }
887
888 /**
889  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
890  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
891  * @page_start: page index of the first page to be flushed
892  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
893  *
894  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
895  * cache.
896  *
897  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
898  * for the whole region.
899  */
900 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
901                                 int page_start, int page_end)
902 {
903         flush_cache_vmap(
904                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_first_unit_cpu, page_start),
905                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_last_unit_cpu, page_end));
906 }
907
908 /**
909  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
910  * @chunk: chunk to depopulate
911  * @off: offset to the area to depopulate
912  * @size: size of the area to depopulate in bytes
913  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
914  *
915  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
916  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
917  * and tlb after.
918  *
919  * CONTEXT:
920  * pcpu_alloc_mutex.
921  */
922 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
923 {
924         int page_start = PFN_DOWN(off);
925         int page_end = PFN_UP(off + size);
926         struct page **pages;
927         unsigned long *populated;
928         int rs, re;
929
930         /* quick path, check whether it's empty already */
931         rs = page_start;
932         pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, page_end);
933         if (rs == page_start && re == page_end)
934                 return;
935
936         /* immutable chunks can't be depopulated */
937         WARN_ON(chunk->immutable);
938
939         /*
940          * If control reaches here, there must have been at least one
941          * successful population attempt so the temp pages array must
942          * be available now.
943          */
944         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
945         BUG_ON(!pages);
946
947         /* unmap and free */
948         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
949
950         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
951                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
952
953         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
954
955         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
956                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
957
958         /* commit new bitmap */
959         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
960 }
961
962 /**
963  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
964  * @chunk: chunk of interest
965  * @off: offset to the area to populate
966  * @size: size of the area to populate in bytes
967  *
968  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
969  * @chunk.  The area is cleared on return.
970  *
971  * CONTEXT:
972  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
973  */
974 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
975 {
976         int page_start = PFN_DOWN(off);
977         int page_end = PFN_UP(off + size);
978         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
979         struct page **pages;
980         unsigned long *populated;
981         unsigned int cpu;
982         int rs, re, rc;
983
984         /* quick path, check whether all pages are already there */
985         rs = page_start;
986         pcpu_next_pop(chunk, &rs, &re, page_end);
987         if (rs == page_start && re == page_end)
988                 goto clear;
989
990         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
991         WARN_ON(chunk->immutable);
992
993         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
994         if (!pages)
995                 return -ENOMEM;
996
997         /* alloc and map */
998         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
999                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1000                 if (rc)
1001                         goto err_free;
1002                 free_end = re;
1003         }
1004
1005         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
1006                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1007                 if (rc)
1008                         goto err_unmap;
1009                 unmap_end = re;
1010         }
1011         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
1012
1013         /* commit new bitmap */
1014         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
1015 clear:
1016         for_each_possible_cpu(cpu)
1017                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1018         return 0;
1019
1020 err_unmap:
1021         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1022         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
1023                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1024         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
1025 err_free:
1026         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
1027                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
1028         return rc;
1029 }
1030
1031 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1032 {
1033         if (!chunk)
1034                 return;
1035         if (chunk->vms)
1036                 pcpu_free_vm_areas(chunk->vms, pcpu_nr_groups);
1037         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
1038         kfree(chunk);
1039 }
1040
1041 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
1042 {
1043         struct pcpu_chunk *chunk;
1044
1045         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
1046         if (!chunk)
1047                 return NULL;
1048
1049         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
1050         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
1051         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
1052
1053         chunk->vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
1054                                        pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size,
1055                                        GFP_KERNEL);
1056         if (!chunk->vms) {
1057                 free_pcpu_chunk(chunk);
1058                 return NULL;
1059         }
1060
1061         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1062         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1063         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1064         chunk->base_addr = chunk->vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
1065
1066         return chunk;
1067 }
1068
1069 /**
1070  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1071  * @size: size of area to allocate in bytes
1072  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1073  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1074  *
1075  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1076  *
1077  * CONTEXT:
1078  * Does GFP_KERNEL allocation.
1079  *
1080  * RETURNS:
1081  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1082  */
1083 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1084 {
1085         static int warn_limit = 10;
1086         struct pcpu_chunk *chunk;
1087         const char *err;
1088         int slot, off, new_alloc;
1089         unsigned long flags;
1090
1091         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1092                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1093                      "percpu allocation\n", size, align);
1094                 return NULL;
1095         }
1096
1097         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1098         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1099
1100         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1101         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1102                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1103
1104                 if (size > chunk->contig_hint) {
1105                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1106                         goto fail_unlock;
1107                 }
1108
1109                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk))) {
1110                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1111                         if (pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
1112                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
1113                                 goto fail_unlock_mutex;
1114                         }
1115                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1116                 }
1117
1118                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1119                 if (off >= 0)
1120                         goto area_found;
1121
1122                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1123                 goto fail_unlock;
1124         }
1125
1126 restart:
1127         /* search through normal chunks */
1128         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1129                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1130                         if (size > chunk->contig_hint)
1131                                 continue;
1132
1133                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk);
1134                         if (new_alloc) {
1135                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1136                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
1137                                                          new_alloc) < 0) {
1138                                         err = "failed to extend area map";
1139                                         goto fail_unlock_mutex;
1140                                 }
1141                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1142                                 /*
1143                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
1144                                  * restart cpu_slot list walking.
1145                                  */
1146                                 goto restart;
1147                         }
1148
1149                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1150                         if (off >= 0)
1151                                 goto area_found;
1152                 }
1153         }
1154
1155         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1156         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1157
1158         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1159         if (!chunk) {
1160                 err = "failed to allocate new chunk";
1161                 goto fail_unlock_mutex;
1162         }
1163
1164         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1165         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1166         goto restart;
1167
1168 area_found:
1169         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1170
1171         /* populate, map and clear the area */
1172         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1173                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1174                 pcpu_free_area(chunk, off);
1175                 err = "failed to populate";
1176                 goto fail_unlock;
1177         }
1178
1179         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1180
1181         /* return address relative to base address */
1182         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1183
1184 fail_unlock:
1185         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1186 fail_unlock_mutex:
1187         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1188         if (warn_limit) {
1189                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu, "
1190                            "%s\n", size, align, err);
1191                 dump_stack();
1192                 if (!--warn_limit)
1193                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1194         }
1195         return NULL;
1196 }
1197
1198 /**
1199  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1200  * @size: size of area to allocate in bytes
1201  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1202  *
1203  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1204  * sleep.  Might trigger writeouts.
1205  *
1206  * CONTEXT:
1207  * Does GFP_KERNEL allocation.
1208  *
1209  * RETURNS:
1210  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1211  */
1212 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1213 {
1214         return pcpu_alloc(size, align, false);
1215 }
1216 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1217
1218 /**
1219  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1220  * @size: size of area to allocate in bytes
1221  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1222  *
1223  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1224  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1225  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1226  *
1227  * CONTEXT:
1228  * Does GFP_KERNEL allocation.
1229  *
1230  * RETURNS:
1231  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1232  */
1233 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1234 {
1235         return pcpu_alloc(size, align, true);
1236 }
1237
1238 /**
1239  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1240  * @work: unused
1241  *
1242  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1243  *
1244  * CONTEXT:
1245  * workqueue context.
1246  */
1247 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1248 {
1249         LIST_HEAD(todo);
1250         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1251         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1252
1253         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1254         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1255
1256         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1257                 WARN_ON(chunk->immutable);
1258
1259                 /* spare the first one */
1260                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1261                         continue;
1262
1263                 list_move(&chunk->list, &todo);
1264         }
1265
1266         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1267
1268         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1269                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1270                 free_pcpu_chunk(chunk);
1271         }
1272
1273         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1274 }
1275
1276 /**
1277  * free_percpu - free percpu area
1278  * @ptr: pointer to area to free
1279  *
1280  * Free percpu area @ptr.
1281  *
1282  * CONTEXT:
1283  * Can be called from atomic context.
1284  */
1285 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1286 {
1287         void *addr;
1288         struct pcpu_chunk *chunk;
1289         unsigned long flags;
1290         int off;
1291
1292         if (!ptr)
1293                 return;
1294
1295         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1296
1297         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1298
1299         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1300         off = addr - chunk->base_addr;
1301
1302         pcpu_free_area(chunk, off);
1303
1304         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1305         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1306                 struct pcpu_chunk *pos;
1307
1308                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1309                         if (pos != chunk) {
1310                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1311                                 break;
1312                         }
1313         }
1314
1315         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1316 }
1317 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1318
1319 /**
1320  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1321  * @addr: address to test
1322  *
1323  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1324  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1325  * is_module_percpu_address().
1326  *
1327  * RETURNS:
1328  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1329  */
1330 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1331 {
1332         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1333         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1334         unsigned int cpu;
1335
1336         for_each_possible_cpu(cpu) {
1337                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1338
1339                 if ((void *)addr >= start && (void *)addr < start + static_size)
1340                         return true;
1341         }
1342         return false;
1343 }
1344
1345 /**
1346  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1347  * @addr: the address to be converted to physical address
1348  *
1349  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1350  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1351  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1352  * until this function finishes.
1353  *
1354  * RETURNS:
1355  * The physical address for @addr.
1356  */
1357 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1358 {
1359         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
1360                 if ((unsigned long)addr < VMALLOC_START ||
1361                     (unsigned long)addr >= VMALLOC_END)
1362                         return __pa(addr);
1363                 else
1364                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr));
1365         } else
1366                 return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr));
1367 }
1368
1369 static inline size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size,
1370                                         size_t reserved_size,
1371                                         ssize_t *dyn_sizep)
1372 {
1373         size_t size_sum;
1374
1375         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1376                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1377         if (*dyn_sizep != 0)
1378                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1379
1380         return size_sum;
1381 }
1382
1383 /**
1384  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1385  * @nr_groups: the number of groups
1386  * @nr_units: the number of units
1387  *
1388  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1389  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1390  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1391  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1392  * pointer of other groups.
1393  *
1394  * RETURNS:
1395  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1396  * failure.
1397  */
1398 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1399                                                       int nr_units)
1400 {
1401         struct pcpu_alloc_info *ai;
1402         size_t base_size, ai_size;
1403         void *ptr;
1404         int unit;
1405
1406         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1407                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1408         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1409
1410         ptr = alloc_bootmem_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size));
1411         if (!ptr)
1412                 return NULL;
1413         ai = ptr;
1414         ptr += base_size;
1415
1416         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1417
1418         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1419                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1420
1421         ai->nr_groups = nr_groups;
1422         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1423
1424         return ai;
1425 }
1426
1427 /**
1428  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1429  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1430  *
1431  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1432  */
1433 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1434 {
1435         free_bootmem(__pa(ai), ai->__ai_size);
1436 }
1437
1438 /**
1439  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1440  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1441  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1442  * @atom_size: allocation atom size
1443  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1444  *
1445  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1446  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1447  * atom size and distances between CPUs.
1448  *
1449  * Groups are always mutliples of atom size and CPUs which are of
1450  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1451  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1452  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1453  * of allocated virtual address space.
1454  *
1455  * RETURNS:
1456  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1457  * failure, ERR_PTR value is returned.
1458  */
1459 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1460                                 size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1461                                 size_t atom_size,
1462                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1463 {
1464         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1465         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1466         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1467         int group_cnt_max = 0, nr_groups = 1, nr_units = 0;
1468         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1469         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1470         int last_allocs, group, unit;
1471         unsigned int cpu, tcpu;
1472         struct pcpu_alloc_info *ai;
1473         unsigned int *cpu_map;
1474
1475         /* this function may be called multiple times */
1476         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1477         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_map));
1478
1479         /*
1480          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1481          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1482          * which can accomodate 4k aligned segments which are equal to
1483          * or larger than min_unit_size.
1484          */
1485         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1486         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1487
1488         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1489         upa = alloc_size / min_unit_size;
1490         while (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1491                 upa--;
1492         max_upa = upa;
1493
1494         /* group cpus according to their proximity */
1495         for_each_possible_cpu(cpu) {
1496                 group = 0;
1497         next_group:
1498                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1499                         if (cpu == tcpu)
1500                                 break;
1501                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1502                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1503                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1504                                 group++;
1505                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1506                                 goto next_group;
1507                         }
1508                 }
1509                 group_map[cpu] = group;
1510                 group_cnt[group]++;
1511                 group_cnt_max = max(group_cnt_max, group_cnt[group]);
1512         }
1513
1514         /*
1515          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1516          * and then as much as possible without using more address
1517          * space.
1518          */
1519         last_allocs = INT_MAX;
1520         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1521                 int allocs = 0, wasted = 0;
1522
1523                 if (alloc_size % upa || ((alloc_size / upa) & ~PAGE_MASK))
1524                         continue;
1525
1526                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1527                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1528                         allocs += this_allocs;
1529                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1530                 }
1531
1532                 /*
1533                  * Don't accept if wastage is over 25%.  The
1534                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1535                  * passes the following check.
1536                  */
1537                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1538                         continue;
1539
1540                 /* and then don't consume more memory */
1541                 if (allocs > last_allocs)
1542                         break;
1543                 last_allocs = allocs;
1544                 best_upa = upa;
1545         }
1546         upa = best_upa;
1547
1548         /* allocate and fill alloc_info */
1549         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1550                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1551
1552         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1553         if (!ai)
1554                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1555         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1556
1557         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1558                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1559                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1560         }
1561
1562         ai->static_size = static_size;
1563         ai->reserved_size = reserved_size;
1564         ai->dyn_size = dyn_size;
1565         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1566         ai->atom_size = atom_size;
1567         ai->alloc_size = alloc_size;
1568
1569         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1570                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1571
1572                 /*
1573                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1574                  * back-to-back.  The caller should update this to
1575                  * reflect actual allocation.
1576                  */
1577                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1578
1579                 for_each_possible_cpu(cpu)
1580                         if (group_map[cpu] == group)
1581                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1582                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1583                 unit += gi->nr_units;
1584         }
1585         BUG_ON(unit != nr_units);
1586
1587         return ai;
1588 }
1589
1590 /**
1591  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1592  * @lvl: loglevel
1593  * @ai: allocation info to dump
1594  *
1595  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1596  */
1597 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1598                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1599 {
1600         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1601         char empty_str[] = "--------";
1602         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1603         int group, v;
1604         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1605
1606         v = ai->nr_groups;
1607         while (v /= 10)
1608                 group_width++;
1609
1610         v = num_possible_cpus();
1611         while (v /= 10)
1612                 cpu_width++;
1613         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1614
1615         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1616         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1617         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1618
1619         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1620                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1621                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1622
1623         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1624                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1625                 int unit = 0, unit_end = 0;
1626
1627                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1628                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1629                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1630                         if (!(alloc % apl)) {
1631                                 printk("\n");
1632                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1633                         }
1634                         printk("[%0*d] ", group_width, group);
1635
1636                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1637                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1638                                         printk("%0*d ", cpu_width,
1639                                                gi->cpu_map[unit]);
1640                                 else
1641                                         printk("%s ", empty_str);
1642                 }
1643         }
1644         printk("\n");
1645 }
1646
1647 /**
1648  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1649  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1650  * @base_addr: mapped address
1651  *
1652  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1653  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1654  * setup path.
1655  *
1656  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1657  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1658  *
1659  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1660  *
1661  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1662  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1663  * the first chunk such that it's available only through reserved
1664  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1665  * static areas on architectures where the addressing model has
1666  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1667  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1668  *
1669  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1670  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1671  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1672  *
1673  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1674  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1675  * @ai->dyn_size.
1676  *
1677  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1678  * for vm areas.
1679  *
1680  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1681  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1682  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1683  *
1684  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1685  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1686  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1687  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1688  * all units is assumed.
1689  *
1690  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1691  * copied static data to each unit.
1692  *
1693  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1694  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1695  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1696  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1697  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1698  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1699  *
1700  * RETURNS:
1701  * 0 on success, -errno on failure.
1702  */
1703 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1704                                   void *base_addr)
1705 {
1706         static char cpus_buf[4096] __initdata;
1707         static int smap[2], dmap[2];
1708         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1709         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1710         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1711         unsigned long *group_offsets;
1712         size_t *group_sizes;
1713         unsigned long *unit_off;
1714         unsigned int cpu;
1715         int *unit_map;
1716         int group, unit, i;
1717
1718         cpumask_scnprintf(cpus_buf, sizeof(cpus_buf), cpu_possible_mask);
1719
1720 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1721         if (unlikely(cond)) {                                           \
1722                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1723                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%s\n", cpus_buf);   \
1724                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1725                 BUG();                                                  \
1726         }                                                               \
1727 } while (0)
1728
1729         /* sanity checks */
1730         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1731                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1732         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1733         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1734         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1735         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1736         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size & ~PAGE_MASK);
1737         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1738
1739         /* process group information and build config tables accordingly */
1740         group_offsets = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]));
1741         group_sizes = alloc_bootmem(ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]));
1742         unit_map = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]));
1743         unit_off = alloc_bootmem(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]));
1744
1745         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1746                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1747         pcpu_first_unit_cpu = NR_CPUS;
1748
1749         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1750                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1751
1752                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1753                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1754
1755                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1756                         cpu = gi->cpu_map[i];
1757                         if (cpu == NR_CPUS)
1758                                 continue;
1759
1760                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu > nr_cpu_ids);
1761                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1762                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1763
1764                         unit_map[cpu] = unit + i;
1765                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1766
1767                         if (pcpu_first_unit_cpu == NR_CPUS)
1768                                 pcpu_first_unit_cpu = cpu;
1769                 }
1770         }
1771         pcpu_last_unit_cpu = cpu;
1772         pcpu_nr_units = unit;
1773
1774         for_each_possible_cpu(cpu)
1775                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1776
1777         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1778 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1779         pcpu_dump_alloc_info(KERN_INFO, ai);
1780
1781         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1782         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1783         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1784         pcpu_unit_map = unit_map;
1785         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1786
1787         /* determine basic parameters */
1788         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1789         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1790         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1791         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1792                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1793
1794         /*
1795          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1796          * empty chunks.
1797          */
1798         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1799         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1800         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1801                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1802
1803         /*
1804          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1805          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1806          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1807          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1808          * static percpu allocation).
1809          */
1810         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1811         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1812         schunk->base_addr = base_addr;
1813         schunk->map = smap;
1814         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1815         schunk->immutable = true;
1816         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1817
1818         if (ai->reserved_size) {
1819                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1820                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1821                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1822         } else {
1823                 schunk->free_size = dyn_size;
1824                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1825         }
1826         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1827
1828         schunk->map[schunk->map_used++] = -ai->static_size;
1829         if (schunk->free_size)
1830                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1831
1832         /* init dynamic chunk if necessary */
1833         if (dyn_size) {
1834                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1835                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1836                 dchunk->base_addr = base_addr;
1837                 dchunk->map = dmap;
1838                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1839                 dchunk->immutable = true;
1840                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1841
1842                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1843                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1844                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1845         }
1846
1847         /* link the first chunk in */
1848         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1849         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1850
1851         /* we're done */
1852         pcpu_base_addr = base_addr;
1853         return 0;
1854 }
1855
1856 const char *pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initdata = {
1857         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1858         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1859         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1860 };
1861
1862 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1863
1864 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1865 {
1866         if (0)
1867                 /* nada */;
1868 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1869         else if (!strcmp(str, "embed"))
1870                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1871 #endif
1872 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1873         else if (!strcmp(str, "page"))
1874                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1875 #endif
1876         else
1877                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1878
1879         return 0;
1880 }
1881 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1882
1883 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1884         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1885 /**
1886  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1887  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1888  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1889  * @atom_size: allocation atom size
1890  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1891  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1892  * @free_fn: funtion to free percpu page
1893  *
1894  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1895  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1896  *
1897  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1898  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1899  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1900  * aligned to @atom_size.
1901  *
1902  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1903  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1904  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1905  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1906  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1907  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1908  *
1909  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1910  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1911  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1912  * and reserved areas.
1913  *
1914  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1915  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1916  *
1917  * RETURNS:
1918  * 0 on success, -errno on failure.
1919  */
1920 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, ssize_t dyn_size,
1921                                   size_t atom_size,
1922                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1923                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1924                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1925 {
1926         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1927         void **areas = NULL;
1928         struct pcpu_alloc_info *ai;
1929         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1930         int group, i, rc;
1931
1932         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1933                                    cpu_distance_fn);
1934         if (IS_ERR(ai))
1935                 return PTR_ERR(ai);
1936
1937         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1938         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1939
1940         areas = alloc_bootmem_nopanic(areas_size);
1941         if (!areas) {
1942                 rc = -ENOMEM;
1943                 goto out_free;
1944         }
1945
1946         /* allocate, copy and determine base address */
1947         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1948                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1949                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1950                 void *ptr;
1951
1952                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1953                         cpu = gi->cpu_map[i];
1954                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1955
1956                 /* allocate space for the whole group */
1957                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1958                 if (!ptr) {
1959                         rc = -ENOMEM;
1960                         goto out_free_areas;
1961                 }
1962                 areas[group] = ptr;
1963
1964                 base = min(ptr, base);
1965
1966                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1967                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
1968                                 /* unused unit, free whole */
1969                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
1970                                 continue;
1971                         }
1972                         /* copy and return the unused part */
1973                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
1974                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
1975                 }
1976         }
1977
1978         /* base address is now known, determine group base offsets */
1979         max_distance = 0;
1980         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1981                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
1982                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
1983                                      ai->groups[group].base_offset);
1984         }
1985         max_distance += ai->unit_size;
1986
1987         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
1988         if (max_distance > (VMALLOC_END - VMALLOC_START) * 3 / 4) {
1989                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
1990                            "space 0x%lx\n",
1991                            max_distance, VMALLOC_END - VMALLOC_START);
1992 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1993                 /* and fail if we have fallback */
1994                 rc = -EINVAL;
1995                 goto out_free;
1996 #endif
1997         }
1998
1999         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2000                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2001                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2002
2003         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2004         goto out_free;
2005
2006 out_free_areas:
2007         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2008                 free_fn(areas[group],
2009                         ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2010 out_free:
2011         pcpu_free_alloc_info(ai);
2012         if (areas)
2013                 free_bootmem(__pa(areas), areas_size);
2014         return rc;
2015 }
2016 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK ||
2017           !CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2018
2019 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2020 /**
2021  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2022  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2023  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2024  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2025  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2026  *
2027  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2028  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2029  *
2030  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2031  * page-by-page into vmalloc area.
2032  *
2033  * RETURNS:
2034  * 0 on success, -errno on failure.
2035  */
2036 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2037                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2038                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2039                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2040 {
2041         static struct vm_struct vm;
2042         struct pcpu_alloc_info *ai;
2043         char psize_str[16];
2044         int unit_pages;
2045         size_t pages_size;
2046         struct page **pages;
2047         int unit, i, j, rc;
2048
2049         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2050
2051         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, -1, PAGE_SIZE, NULL);
2052         if (IS_ERR(ai))
2053                 return PTR_ERR(ai);
2054         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2055         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2056
2057         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2058
2059         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2060         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2061                                sizeof(pages[0]));
2062         pages = alloc_bootmem(pages_size);
2063
2064         /* allocate pages */
2065         j = 0;
2066         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2067                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2068                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2069                         void *ptr;
2070
2071                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2072                         if (!ptr) {
2073                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
2074                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
2075                                 goto enomem;
2076                         }
2077                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2078                 }
2079
2080         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2081         vm.flags = VM_ALLOC;
2082         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2083         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2084
2085         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2086                 unsigned long unit_addr =
2087                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2088
2089                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2090                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2091
2092                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2093                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2094                                       unit_pages);
2095                 if (rc < 0)
2096                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2097
2098                 /*
2099                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2100                  * cache for the linear mapping here - something
2101                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2102                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2103                  * data structures are not set up yet.
2104                  */
2105
2106                 /* copy static data */
2107                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2108         }
2109
2110         /* we're ready, commit */
2111         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2112                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2113                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2114
2115         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2116         goto out_free_ar;
2117
2118 enomem:
2119         while (--j >= 0)
2120                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2121         rc = -ENOMEM;
2122 out_free_ar:
2123         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
2124         pcpu_free_alloc_info(ai);
2125         return rc;
2126 }
2127 #endif /* CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK */
2128
2129 /*
2130  * Generic percpu area setup.
2131  *
2132  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2133  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2134  * important because many archs have addressing restrictions and might
2135  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2136  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2137  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2138  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2139  * mappings on applicable archs.
2140  */
2141 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2142 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2143 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2144
2145 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2146                                        size_t align)
2147 {
2148         return __alloc_bootmem_nopanic(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2149 }
2150
2151 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2152 {
2153         free_bootmem(__pa(ptr), size);
2154 }
2155
2156 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2157 {
2158         unsigned long delta;
2159         unsigned int cpu;
2160         int rc;
2161
2162         /*
2163          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2164          * what the legacy allocator did.
2165          */
2166         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2167                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2168                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2169         if (rc < 0)
2170                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
2171
2172         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2173         for_each_possible_cpu(cpu)
2174                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2175 }
2176 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */