percpu: make 4k first chunk allocator map memory
[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 num_possible_cpus() units and the first chunk
12  * is used for static percpu variables in the kernel image (special
13  * boot time alloc/init handling necessary as these areas need to be
14  * brought up before allocation services are running).  Unit grows as
15  * necessary and all units grow or shrink in unison.  When a chunk is
16  * filled up, another chunk is allocated.  ie. in vmalloc area
17  *
18  *  c0                           c1                         c2
19  *  -------------------          -------------------        ------------
20  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
21  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
22  *
23  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
24  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
25  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  Percpu access can be done by configuring
26  * percpu base registers pcpu_unit_size apart.
27  *
28  * There are usually many small percpu allocations many of them as
29  * small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
30  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
31  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
32  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
33  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
34  * chunk maps unnecessarily.
35  *
36  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
37  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
38  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
39  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
40  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
41  * Chunks can be determined from the address using the index field
42  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
43  *
44  * To use this allocator, arch code should do the followings.
45  *
46  * - drop CONFIG_HAVE_LEGACY_PER_CPU_AREA
47  *
48  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
49  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
50  *   different from the default
51  *
52  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
53  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
54  */
55
56 #include <linux/bitmap.h>
57 #include <linux/bootmem.h>
58 #include <linux/list.h>
59 #include <linux/mm.h>
60 #include <linux/module.h>
61 #include <linux/mutex.h>
62 #include <linux/percpu.h>
63 #include <linux/pfn.h>
64 #include <linux/slab.h>
65 #include <linux/spinlock.h>
66 #include <linux/vmalloc.h>
67 #include <linux/workqueue.h>
68
69 #include <asm/cacheflush.h>
70 #include <asm/sections.h>
71 #include <asm/tlbflush.h>
72
73 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
74 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
75
76 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
77 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
78 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
79         (void *)((unsigned long)(addr) - (unsigned long)pcpu_base_addr  \
80                  + (unsigned long)__per_cpu_start)
81 #endif
82 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
83 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
84         (void *)((unsigned long)(ptr) + (unsigned long)pcpu_base_addr   \
85                  - (unsigned long)__per_cpu_start)
86 #endif
87
88 struct pcpu_chunk {
89         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
90         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
91         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
92         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
93         int                     map_used;       /* # of map entries used */
94         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
95         int                     *map;           /* allocation map */
96         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
97         struct page             **page;         /* points to page array */
98         struct page             *page_ar[];     /* #cpus * UNIT_PAGES */
99 };
100
101 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
102 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
103 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
104 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
105 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
106
107 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
108 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
109 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
110
111 /*
112  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
113  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
114  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
115  */
116 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
117
118 /*
119  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
120  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
121  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
122  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
123  * respectively.
124  */
125 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
126 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
127
128 /*
129  * Synchronization rules.
130  *
131  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
132  * protects allocation/reclaim paths, chunks and chunk->page arrays.
133  * The latter is a spinlock and protects the index data structures -
134  * chunk slots, chunks and area maps in chunks.
135  *
136  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
137  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
138  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
139  *
140  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
141  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
142  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
143  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
144  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
145  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
146  * allocation path might be referencing the chunk with only
147  * pcpu_alloc_mutex locked.
148  */
149 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
150 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
151
152 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
153
154 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
155 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
156 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
157
158 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
159 {
160         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
161         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
162 }
163
164 static int pcpu_size_to_slot(int size)
165 {
166         if (size == pcpu_unit_size)
167                 return pcpu_nr_slots - 1;
168         return __pcpu_size_to_slot(size);
169 }
170
171 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
172 {
173         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
174                 return 0;
175
176         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
177 }
178
179 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
180 {
181         return cpu * pcpu_unit_pages + page_idx;
182 }
183
184 static struct page **pcpu_chunk_pagep(struct pcpu_chunk *chunk,
185                                       unsigned int cpu, int page_idx)
186 {
187         return &chunk->page[pcpu_page_idx(cpu, page_idx)];
188 }
189
190 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
191                                      unsigned int cpu, int page_idx)
192 {
193         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
194                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
195 }
196
197 static bool pcpu_chunk_page_occupied(struct pcpu_chunk *chunk,
198                                      int page_idx)
199 {
200         return *pcpu_chunk_pagep(chunk, 0, page_idx) != NULL;
201 }
202
203 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
204 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
205 {
206         page->index = (unsigned long)pcpu;
207 }
208
209 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
210 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
211 {
212         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
213 }
214
215 /**
216  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
217  * @size: bytes to allocate
218  *
219  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
220  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
221  * memory is always zeroed.
222  *
223  * CONTEXT:
224  * Does GFP_KERNEL allocation.
225  *
226  * RETURNS:
227  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
228  */
229 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
230 {
231         if (size <= PAGE_SIZE)
232                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
233         else {
234                 void *ptr = vmalloc(size);
235                 if (ptr)
236                         memset(ptr, 0, size);
237                 return ptr;
238         }
239 }
240
241 /**
242  * pcpu_mem_free - free memory
243  * @ptr: memory to free
244  * @size: size of the area
245  *
246  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
247  */
248 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
249 {
250         if (size <= PAGE_SIZE)
251                 kfree(ptr);
252         else
253                 vfree(ptr);
254 }
255
256 /**
257  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
258  * @chunk: chunk of interest
259  * @oslot: the previous slot it was on
260  *
261  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
262  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
263  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
264  * chunk slots.
265  *
266  * CONTEXT:
267  * pcpu_lock.
268  */
269 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
270 {
271         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
272
273         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
274                 if (oslot < nslot)
275                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
276                 else
277                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
278         }
279 }
280
281 /**
282  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
283  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
284  *
285  * RETURNS:
286  * The address of the found chunk.
287  */
288 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
289 {
290         void *first_start = pcpu_first_chunk->vm->addr;
291
292         /* is it in the first chunk? */
293         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
294                 /* is it in the reserved area? */
295                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
296                         return pcpu_reserved_chunk;
297                 return pcpu_first_chunk;
298         }
299
300         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
301 }
302
303 /**
304  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
305  * @chunk: target chunk
306  *
307  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
308  * A single allocation can split an area into three areas, so this
309  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
310  *
311  * CONTEXT:
312  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
313  * if area map is extended.
314  *
315  * RETURNS:
316  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
317  */
318 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
319 {
320         int new_alloc;
321         int *new;
322         size_t size;
323
324         /* has enough? */
325         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
326                 return 0;
327
328         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
329
330         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
331         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
332                 new_alloc *= 2;
333
334         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
335         if (!new) {
336                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
337                 return -ENOMEM;
338         }
339
340         /*
341          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
342          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
343          * grown.
344          */
345         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
346         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
347
348         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
349         memcpy(new, chunk->map, size);
350
351         /*
352          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
353          * one of the first chunks and still using static map.
354          */
355         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
356                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
357
358         chunk->map_alloc = new_alloc;
359         chunk->map = new;
360         return 0;
361 }
362
363 /**
364  * pcpu_split_block - split a map block
365  * @chunk: chunk of interest
366  * @i: index of map block to split
367  * @head: head size in bytes (can be 0)
368  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
369  *
370  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
371  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
372  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
373  *
374  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
375  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
376  * is inserted after the target block.
377  *
378  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
379  *
380  * CONTEXT:
381  * pcpu_lock.
382  */
383 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
384                              int head, int tail)
385 {
386         int nr_extra = !!head + !!tail;
387
388         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
389
390         /* insert new subblocks */
391         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
392                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
393         chunk->map_used += nr_extra;
394
395         if (head) {
396                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
397                 chunk->map[i++] = head;
398         }
399         if (tail) {
400                 chunk->map[i++] -= tail;
401                 chunk->map[i] = tail;
402         }
403 }
404
405 /**
406  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
407  * @chunk: chunk of interest
408  * @size: wanted size in bytes
409  * @align: wanted align
410  *
411  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
412  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
413  * populate or map the area.
414  *
415  * @chunk->map must have at least two free slots.
416  *
417  * CONTEXT:
418  * pcpu_lock.
419  *
420  * RETURNS:
421  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
422  * found.
423  */
424 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
425 {
426         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
427         int max_contig = 0;
428         int i, off;
429
430         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
431                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
432                 int head, tail;
433
434                 /* extra for alignment requirement */
435                 head = ALIGN(off, align) - off;
436                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
437
438                 if (chunk->map[i] < 0)
439                         continue;
440                 if (chunk->map[i] < head + size) {
441                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
442                         continue;
443                 }
444
445                 /*
446                  * If head is small or the previous block is free,
447                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
448                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
449                  * uncommon for percpu allocations.
450                  */
451                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
452                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
453                                 chunk->map[i - 1] += head;
454                         else {
455                                 chunk->map[i - 1] -= head;
456                                 chunk->free_size -= head;
457                         }
458                         chunk->map[i] -= head;
459                         off += head;
460                         head = 0;
461                 }
462
463                 /* if tail is small, just keep it around */
464                 tail = chunk->map[i] - head - size;
465                 if (tail < sizeof(int))
466                         tail = 0;
467
468                 /* split if warranted */
469                 if (head || tail) {
470                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
471                         if (head) {
472                                 i++;
473                                 off += head;
474                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
475                         }
476                         if (tail)
477                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
478                 }
479
480                 /* update hint and mark allocated */
481                 if (is_last)
482                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
483                 else
484                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
485                                                  max_contig);
486
487                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
488                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
489
490                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
491                 return off;
492         }
493
494         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
495         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
496
497         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
498         return -1;
499 }
500
501 /**
502  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
503  * @chunk: chunk of interest
504  * @freeme: offset of area to free
505  *
506  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
507  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
508  * the area.
509  *
510  * CONTEXT:
511  * pcpu_lock.
512  */
513 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
514 {
515         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
516         int i, off;
517
518         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
519                 if (off == freeme)
520                         break;
521         BUG_ON(off != freeme);
522         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
523
524         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
525         chunk->free_size += chunk->map[i];
526
527         /* merge with previous? */
528         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
529                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
530                 chunk->map_used--;
531                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
532                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
533                 i--;
534         }
535         /* merge with next? */
536         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
537                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
538                 chunk->map_used--;
539                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
540                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
541         }
542
543         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
544         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
545 }
546
547 /**
548  * pcpu_unmap - unmap pages out of a pcpu_chunk
549  * @chunk: chunk of interest
550  * @page_start: page index of the first page to unmap
551  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
552  * @flush_tlb: whether to flush tlb or not
553  *
554  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
555  * If @flush is true, vcache is flushed before unmapping and tlb
556  * after.
557  */
558 static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
559                        bool flush_tlb)
560 {
561         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
562         unsigned int cpu;
563
564         /* unmap must not be done on immutable chunk */
565         WARN_ON(chunk->immutable);
566
567         /*
568          * Each flushing trial can be very expensive, issue flush on
569          * the whole region at once rather than doing it for each cpu.
570          * This could be an overkill but is more scalable.
571          */
572         flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
573                            pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
574
575         for_each_possible_cpu(cpu)
576                 unmap_kernel_range_noflush(
577                                 pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
578                                 (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT);
579
580         /* ditto as flush_cache_vunmap() */
581         if (flush_tlb)
582                 flush_tlb_kernel_range(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
583                                        pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
584 }
585
586 /**
587  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
588  * @chunk: chunk to depopulate
589  * @off: offset to the area to depopulate
590  * @size: size of the area to depopulate in bytes
591  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
592  *
593  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
594  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
595  * and tlb after.
596  *
597  * CONTEXT:
598  * pcpu_alloc_mutex.
599  */
600 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size,
601                                   bool flush)
602 {
603         int page_start = PFN_DOWN(off);
604         int page_end = PFN_UP(off + size);
605         int unmap_start = -1;
606         int uninitialized_var(unmap_end);
607         unsigned int cpu;
608         int i;
609
610         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
611                 for_each_possible_cpu(cpu) {
612                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
613
614                         if (!*pagep)
615                                 continue;
616
617                         __free_page(*pagep);
618
619                         /*
620                          * If it's partial depopulation, it might get
621                          * populated or depopulated again.  Mark the
622                          * page gone.
623                          */
624                         *pagep = NULL;
625
626                         unmap_start = unmap_start < 0 ? i : unmap_start;
627                         unmap_end = i + 1;
628                 }
629         }
630
631         if (unmap_start >= 0)
632                 pcpu_unmap(chunk, unmap_start, unmap_end, flush);
633 }
634
635 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
636                             int nr_pages)
637 {
638         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
639                                         PAGE_KERNEL, pages);
640 }
641
642 /**
643  * pcpu_map - map pages into a pcpu_chunk
644  * @chunk: chunk of interest
645  * @page_start: page index of the first page to map
646  * @page_end: page index of the last page to map + 1
647  *
648  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.
649  * vcache is flushed afterwards.
650  */
651 static int pcpu_map(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end)
652 {
653         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
654         unsigned int cpu;
655         int err;
656
657         /* map must not be done on immutable chunk */
658         WARN_ON(chunk->immutable);
659
660         for_each_possible_cpu(cpu) {
661                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
662                                        pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, page_start),
663                                        page_end - page_start);
664                 if (err < 0)
665                         return err;
666         }
667
668         /* flush at once, please read comments in pcpu_unmap() */
669         flush_cache_vmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
670                          pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
671         return 0;
672 }
673
674 /**
675  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
676  * @chunk: chunk of interest
677  * @off: offset to the area to populate
678  * @size: size of the area to populate in bytes
679  *
680  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
681  * @chunk.  The area is cleared on return.
682  *
683  * CONTEXT:
684  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
685  */
686 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
687 {
688         const gfp_t alloc_mask = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
689         int page_start = PFN_DOWN(off);
690         int page_end = PFN_UP(off + size);
691         int map_start = -1;
692         int uninitialized_var(map_end);
693         unsigned int cpu;
694         int i;
695
696         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
697                 if (pcpu_chunk_page_occupied(chunk, i)) {
698                         if (map_start >= 0) {
699                                 if (pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
700                                         goto err;
701                                 map_start = -1;
702                         }
703                         continue;
704                 }
705
706                 map_start = map_start < 0 ? i : map_start;
707                 map_end = i + 1;
708
709                 for_each_possible_cpu(cpu) {
710                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
711
712                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu),
713                                                   alloc_mask, 0);
714                         if (!*pagep)
715                                 goto err;
716                         pcpu_set_page_chunk(*pagep, chunk);
717                 }
718         }
719
720         if (map_start >= 0 && pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
721                 goto err;
722
723         for_each_possible_cpu(cpu)
724                 memset(chunk->vm->addr + cpu * pcpu_unit_size + off, 0,
725                        size);
726
727         return 0;
728 err:
729         /* likely under heavy memory pressure, give memory back */
730         pcpu_depopulate_chunk(chunk, off, size, true);
731         return -ENOMEM;
732 }
733
734 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
735 {
736         if (!chunk)
737                 return;
738         if (chunk->vm)
739                 free_vm_area(chunk->vm);
740         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
741         kfree(chunk);
742 }
743
744 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
745 {
746         struct pcpu_chunk *chunk;
747
748         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
749         if (!chunk)
750                 return NULL;
751
752         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
753         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
754         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
755         chunk->page = chunk->page_ar;
756
757         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
758         if (!chunk->vm) {
759                 free_pcpu_chunk(chunk);
760                 return NULL;
761         }
762
763         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
764         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
765         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
766
767         return chunk;
768 }
769
770 /**
771  * pcpu_alloc - the percpu allocator
772  * @size: size of area to allocate in bytes
773  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
774  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
775  *
776  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
777  *
778  * CONTEXT:
779  * Does GFP_KERNEL allocation.
780  *
781  * RETURNS:
782  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
783  */
784 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
785 {
786         struct pcpu_chunk *chunk;
787         int slot, off;
788
789         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
790                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
791                      "percpu allocation\n", size, align);
792                 return NULL;
793         }
794
795         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
796         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
797
798         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
799         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
800                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
801                 if (size > chunk->contig_hint ||
802                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
803                         goto fail_unlock;
804                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
805                 if (off >= 0)
806                         goto area_found;
807                 goto fail_unlock;
808         }
809
810 restart:
811         /* search through normal chunks */
812         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
813                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
814                         if (size > chunk->contig_hint)
815                                 continue;
816
817                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
818                         case 0:
819                                 break;
820                         case 1:
821                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
822                         default:
823                                 goto fail_unlock;
824                         }
825
826                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
827                         if (off >= 0)
828                                 goto area_found;
829                 }
830         }
831
832         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
833         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
834
835         chunk = alloc_pcpu_chunk();
836         if (!chunk)
837                 goto fail_unlock_mutex;
838
839         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
840         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
841         goto restart;
842
843 area_found:
844         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
845
846         /* populate, map and clear the area */
847         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
848                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
849                 pcpu_free_area(chunk, off);
850                 goto fail_unlock;
851         }
852
853         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
854
855         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
856
857 fail_unlock:
858         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
859 fail_unlock_mutex:
860         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
861         return NULL;
862 }
863
864 /**
865  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
866  * @size: size of area to allocate in bytes
867  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
868  *
869  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
870  * sleep.  Might trigger writeouts.
871  *
872  * CONTEXT:
873  * Does GFP_KERNEL allocation.
874  *
875  * RETURNS:
876  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
877  */
878 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
879 {
880         return pcpu_alloc(size, align, false);
881 }
882 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
883
884 /**
885  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
886  * @size: size of area to allocate in bytes
887  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
888  *
889  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
890  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
891  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
892  *
893  * CONTEXT:
894  * Does GFP_KERNEL allocation.
895  *
896  * RETURNS:
897  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
898  */
899 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
900 {
901         return pcpu_alloc(size, align, true);
902 }
903
904 /**
905  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
906  * @work: unused
907  *
908  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
909  *
910  * CONTEXT:
911  * workqueue context.
912  */
913 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
914 {
915         LIST_HEAD(todo);
916         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
917         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
918
919         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
920         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
921
922         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
923                 WARN_ON(chunk->immutable);
924
925                 /* spare the first one */
926                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
927                         continue;
928
929                 list_move(&chunk->list, &todo);
930         }
931
932         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
933         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
934
935         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
936                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size, false);
937                 free_pcpu_chunk(chunk);
938         }
939 }
940
941 /**
942  * free_percpu - free percpu area
943  * @ptr: pointer to area to free
944  *
945  * Free percpu area @ptr.
946  *
947  * CONTEXT:
948  * Can be called from atomic context.
949  */
950 void free_percpu(void *ptr)
951 {
952         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
953         struct pcpu_chunk *chunk;
954         unsigned long flags;
955         int off;
956
957         if (!ptr)
958                 return;
959
960         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
961
962         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
963         off = addr - chunk->vm->addr;
964
965         pcpu_free_area(chunk, off);
966
967         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
968         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
969                 struct pcpu_chunk *pos;
970
971                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
972                         if (pos != chunk) {
973                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
974                                 break;
975                         }
976         }
977
978         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
979 }
980 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
981
982 /**
983  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
984  * @get_page_fn: callback to fetch page pointer
985  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
986  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
987  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
988  * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, -1 for auto
989  * @base_addr: mapped address, NULL for auto
990  * @populate_pte_fn: callback to allocate pagetable, NULL if unnecessary
991  *
992  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
993  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
994  * setup path.  The first two parameters are mandatory.  The rest are
995  * optional.
996  *
997  * @get_page_fn() should return pointer to percpu page given cpu
998  * number and page number.  It should at least return enough pages to
999  * cover the static area.  The returned pages for static area should
1000  * have been initialized with valid data.  If @unit_size is specified,
1001  * it can also return pages after the static area.  NULL return
1002  * indicates end of pages for the cpu.  Note that @get_page_fn() must
1003  * return the same number of pages for all cpus.
1004  *
1005  * @reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1006  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1007  * the first chunk such that it's available only through reserved
1008  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1009  * static areas on architectures where the addressing model has
1010  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1011  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1012  *
1013  * @dyn_size, if non-negative, determines the number of bytes
1014  * available for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying
1015  * non-negative value makes percpu leave alone the area beyond
1016  * @static_size + @reserved_size + @dyn_size.
1017  *
1018  * @unit_size, if non-negative, specifies unit size and must be
1019  * aligned to PAGE_SIZE and equal to or larger than @static_size +
1020  * @reserved_size + if non-negative, @dyn_size.
1021  *
1022  * Non-null @base_addr means that the caller already allocated virtual
1023  * region for the first chunk and mapped it.  percpu must not mess
1024  * with the chunk.  Note that @base_addr with 0 @unit_size or non-NULL
1025  * @populate_pte_fn doesn't make any sense.
1026  *
1027  * @populate_pte_fn is used to populate the pagetable.  NULL means the
1028  * caller already populated the pagetable.
1029  *
1030  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1031  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1032  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1033  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1034  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1035  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1036  *
1037  * RETURNS:
1038  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1039  * percpu access.
1040  */
1041 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
1042                                      size_t static_size, size_t reserved_size,
1043                                      ssize_t dyn_size, ssize_t unit_size,
1044                                      void *base_addr,
1045                                      pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1046 {
1047         static struct vm_struct first_vm;
1048         static int smap[2], dmap[2];
1049         size_t size_sum = static_size + reserved_size +
1050                           (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0);
1051         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1052         unsigned int cpu;
1053         int nr_pages;
1054         int err, i;
1055
1056         /* santiy checks */
1057         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1058                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1059         BUG_ON(!static_size);
1060         if (unit_size >= 0) {
1061                 BUG_ON(unit_size < size_sum);
1062                 BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
1063                 BUG_ON(unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1064         } else
1065                 BUG_ON(base_addr);
1066         BUG_ON(base_addr && populate_pte_fn);
1067
1068         if (unit_size >= 0)
1069                 pcpu_unit_pages = unit_size >> PAGE_SHIFT;
1070         else
1071                 pcpu_unit_pages = max_t(int, PCPU_MIN_UNIT_SIZE >> PAGE_SHIFT,
1072                                         PFN_UP(size_sum));
1073
1074         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1075         pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
1076         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk)
1077                 + num_possible_cpus() * pcpu_unit_pages * sizeof(struct page *);
1078
1079         if (dyn_size < 0)
1080                 dyn_size = pcpu_unit_size - static_size - reserved_size;
1081
1082         /*
1083          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1084          * empty chunks.
1085          */
1086         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1087         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1088         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1089                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1090
1091         /*
1092          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1093          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1094          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1095          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1096          * static percpu allocation).
1097          */
1098         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1099         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1100         schunk->vm = &first_vm;
1101         schunk->map = smap;
1102         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1103         schunk->page = schunk->page_ar;
1104
1105         if (reserved_size) {
1106                 schunk->free_size = reserved_size;
1107                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1108                 pcpu_reserved_chunk_limit = static_size + reserved_size;
1109         } else {
1110                 schunk->free_size = dyn_size;
1111                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1112         }
1113         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1114
1115         schunk->map[schunk->map_used++] = -static_size;
1116         if (schunk->free_size)
1117                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1118
1119         /* init dynamic chunk if necessary */
1120         if (dyn_size) {
1121                 dchunk = alloc_bootmem(sizeof(struct pcpu_chunk));
1122                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1123                 dchunk->vm = &first_vm;
1124                 dchunk->map = dmap;
1125                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1126                 dchunk->page = schunk->page_ar; /* share page map with schunk */
1127
1128                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1129                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1130                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1131         }
1132
1133         /* allocate vm address */
1134         first_vm.flags = VM_ALLOC;
1135         first_vm.size = pcpu_chunk_size;
1136
1137         if (!base_addr)
1138                 vm_area_register_early(&first_vm, PAGE_SIZE);
1139         else {
1140                 /*
1141                  * Pages already mapped.  No need to remap into
1142                  * vmalloc area.  In this case the first chunks can't
1143                  * be mapped or unmapped by percpu and are marked
1144                  * immutable.
1145                  */
1146                 first_vm.addr = base_addr;
1147                 schunk->immutable = true;
1148                 if (dchunk)
1149                         dchunk->immutable = true;
1150         }
1151
1152         /* assign pages */
1153         nr_pages = -1;
1154         for_each_possible_cpu(cpu) {
1155                 for (i = 0; i < pcpu_unit_pages; i++) {
1156                         struct page *page = get_page_fn(cpu, i);
1157
1158                         if (!page)
1159                                 break;
1160                         *pcpu_chunk_pagep(schunk, cpu, i) = page;
1161                 }
1162
1163                 BUG_ON(i < PFN_UP(static_size));
1164
1165                 if (nr_pages < 0)
1166                         nr_pages = i;
1167                 else
1168                         BUG_ON(nr_pages != i);
1169         }
1170
1171         /* map them */
1172         if (populate_pte_fn) {
1173                 for_each_possible_cpu(cpu)
1174                         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
1175                                 populate_pte_fn(pcpu_chunk_addr(schunk,
1176                                                                 cpu, i));
1177
1178                 err = pcpu_map(schunk, 0, nr_pages);
1179                 if (err)
1180                         panic("failed to setup static percpu area, err=%d\n",
1181                               err);
1182         }
1183
1184         /* link the first chunk in */
1185         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1186         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1187
1188         /* we're done */
1189         pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(schunk, 0, 0);
1190         return pcpu_unit_size;
1191 }
1192
1193 /*
1194  * Embedding first chunk setup helper.
1195  */
1196 static void *pcpue_ptr __initdata;
1197 static size_t pcpue_size __initdata;
1198 static size_t pcpue_unit_size __initdata;
1199
1200 static struct page * __init pcpue_get_page(unsigned int cpu, int pageno)
1201 {
1202         size_t off = (size_t)pageno << PAGE_SHIFT;
1203
1204         if (off >= pcpue_size)
1205                 return NULL;
1206
1207         return virt_to_page(pcpue_ptr + cpu * pcpue_unit_size + off);
1208 }
1209
1210 /**
1211  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1212  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1213  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1214  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1215  *
1216  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1217  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1218  *
1219  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1220  * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
1221  * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
1222  * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
1223  * page size.
1224  *
1225  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1226  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1227  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1228  * and reserved areas.
1229  *
1230  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1231  * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
1232  *
1233  * RETURNS:
1234  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1235  * percpu access on success, -errno on failure.
1236  */
1237 ssize_t __init pcpu_embed_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1238                                       ssize_t dyn_size)
1239 {
1240         size_t chunk_size;
1241         unsigned int cpu;
1242
1243         /* determine parameters and allocate */
1244         pcpue_size = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1245                                (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0));
1246         if (dyn_size != 0)
1247                 dyn_size = pcpue_size - static_size - reserved_size;
1248
1249         pcpue_unit_size = max_t(size_t, pcpue_size, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1250         chunk_size = pcpue_unit_size * num_possible_cpus();
1251
1252         pcpue_ptr = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
1253                                             __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
1254         if (!pcpue_ptr) {
1255                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
1256                            "embedding\n", chunk_size);
1257                 return -ENOMEM;
1258         }
1259
1260         /* return the leftover and copy */
1261         for_each_possible_cpu(cpu) {
1262                 void *ptr = pcpue_ptr + cpu * pcpue_unit_size;
1263
1264                 free_bootmem(__pa(ptr + pcpue_size),
1265                              pcpue_unit_size - pcpue_size);
1266                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
1267         }
1268
1269         /* we're ready, commit */
1270         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages at %p, static data %zu bytes\n",
1271                 pcpue_size >> PAGE_SHIFT, pcpue_ptr, static_size);
1272
1273         return pcpu_setup_first_chunk(pcpue_get_page, static_size,
1274                                       reserved_size, dyn_size,
1275                                       pcpue_unit_size, pcpue_ptr, NULL);
1276 }
1277
1278 /*
1279  * 4k page first chunk setup helper.
1280  */
1281 static struct page **pcpu4k_pages __initdata;
1282 static int pcpu4k_unit_pages __initdata;
1283
1284 static struct page * __init pcpu4k_get_page(unsigned int cpu, int pageno)
1285 {
1286         if (pageno < pcpu4k_unit_pages)
1287                 return pcpu4k_pages[cpu * pcpu4k_unit_pages + pageno];
1288         return NULL;
1289 }
1290
1291 /**
1292  * pcpu_4k_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1293  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1294  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1295  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1296  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1297  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1298  *
1299  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1300  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1301  *
1302  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1303  * page-by-page into vmalloc area.
1304  *
1305  * RETURNS:
1306  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1307  * percpu access on success, -errno on failure.
1308  */
1309 ssize_t __init pcpu_4k_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1310                                    pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1311                                    pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1312                                    pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1313 {
1314         static struct vm_struct vm;
1315         size_t pages_size;
1316         unsigned int cpu;
1317         int i, j;
1318         ssize_t ret;
1319
1320         pcpu4k_unit_pages = PFN_UP(max_t(size_t, static_size + reserved_size,
1321                                          PCPU_MIN_UNIT_SIZE));
1322
1323         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1324         pages_size = PFN_ALIGN(pcpu4k_unit_pages * num_possible_cpus() *
1325                                sizeof(pcpu4k_pages[0]));
1326         pcpu4k_pages = alloc_bootmem(pages_size);
1327
1328         /* allocate pages */
1329         j = 0;
1330         for_each_possible_cpu(cpu)
1331                 for (i = 0; i < pcpu4k_unit_pages; i++) {
1332                         void *ptr;
1333
1334                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE);
1335                         if (!ptr) {
1336                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate "
1337                                            "4k page for cpu%u\n", cpu);
1338                                 goto enomem;
1339                         }
1340                         pcpu4k_pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1341                 }
1342
1343         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1344         vm.flags = VM_ALLOC;
1345         vm.size = num_possible_cpus() * pcpu4k_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1346         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1347
1348         for_each_possible_cpu(cpu) {
1349                 unsigned long unit_addr = (unsigned long)vm.addr +
1350                         (cpu * pcpu4k_unit_pages << PAGE_SHIFT);
1351
1352                 for (i = 0; i < pcpu4k_unit_pages; i++)
1353                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1354
1355                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1356                 ret = __pcpu_map_pages(unit_addr,
1357                                        &pcpu4k_pages[cpu * pcpu4k_unit_pages],
1358                                        pcpu4k_unit_pages);
1359                 if (ret < 0)
1360                         panic("failed to map percpu area, err=%zd\n", ret);
1361
1362                 /*
1363                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1364                  * cache for the linear mapping here - something
1365                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1366                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1367                  * data structures are not set up yet.
1368                  */
1369
1370                 /* copy static data */
1371                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, static_size);
1372         }
1373
1374         /* we're ready, commit */
1375         pr_info("PERCPU: %d 4k pages per cpu, static data %zu bytes\n",
1376                 pcpu4k_unit_pages, static_size);
1377
1378         ret = pcpu_setup_first_chunk(pcpu4k_get_page, static_size,
1379                                      reserved_size, -1,
1380                                      pcpu4k_unit_pages << PAGE_SHIFT, vm.addr,
1381                                      NULL);
1382         goto out_free_ar;
1383
1384 enomem:
1385         while (--j >= 0)
1386                 free_fn(page_address(pcpu4k_pages[j]), PAGE_SIZE);
1387         ret = -ENOMEM;
1388 out_free_ar:
1389         free_bootmem(__pa(pcpu4k_pages), pages_size);
1390         return ret;
1391 }
1392
1393 /*
1394  * Generic percpu area setup.
1395  *
1396  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
1397  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
1398  * important because many archs have addressing restrictions and might
1399  * fail if the percpu area is located far away from the previous
1400  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
1401  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
1402  * on the physical linear memory mapping which uses large page
1403  * mappings on applicable archs.
1404  */
1405 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
1406 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
1407 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
1408
1409 void __init setup_per_cpu_areas(void)
1410 {
1411         size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1412         ssize_t unit_size;
1413         unsigned long delta;
1414         unsigned int cpu;
1415
1416         /*
1417          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
1418          * what the legacy allocator did.
1419          */
1420         unit_size = pcpu_embed_first_chunk(static_size, PERCPU_MODULE_RESERVE,
1421                                            PERCPU_DYNAMIC_RESERVE);
1422         if (unit_size < 0)
1423                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
1424
1425         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
1426         for_each_possible_cpu(cpu)
1427                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + cpu * unit_size;
1428 }
1429 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */