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