percpu: drop pcpu_chunk->page[]
[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         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
98 };
99
100 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
101 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
102 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
103 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
104 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
105
106 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
107 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
108 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
109
110 /*
111  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
112  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
113  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
114  */
115 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
116
117 /*
118  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
119  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
120  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
121  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
122  * respectively.
123  */
124 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
125 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
126
127 /*
128  * Synchronization rules.
129  *
130  * There are two locks - pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock.  The former
131  * protects allocation/reclaim paths, chunks, populated bitmap and
132  * vmalloc mapping.  The latter is a spinlock and protects the index
133  * data structures - chunk slots, chunks and area maps in chunks.
134  *
135  * During allocation, pcpu_alloc_mutex is kept locked all the time and
136  * pcpu_lock is grabbed and released as necessary.  All actual memory
137  * allocations are done using GFP_KERNEL with pcpu_lock released.
138  *
139  * Free path accesses and alters only the index data structures, so it
140  * can be safely called from atomic context.  When memory needs to be
141  * returned to the system, free path schedules reclaim_work which
142  * grabs both pcpu_alloc_mutex and pcpu_lock, unlinks chunks to be
143  * reclaimed, release both locks and frees the chunks.  Note that it's
144  * necessary to grab both locks to remove a chunk from circulation as
145  * allocation path might be referencing the chunk with only
146  * pcpu_alloc_mutex locked.
147  */
148 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* protects whole alloc and reclaim */
149 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* protects index data structures */
150
151 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
152
153 /* reclaim work to release fully free chunks, scheduled from free path */
154 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work);
155 static DECLARE_WORK(pcpu_reclaim_work, pcpu_reclaim);
156
157 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
158 {
159         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
160         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
161 }
162
163 static int pcpu_size_to_slot(int size)
164 {
165         if (size == pcpu_unit_size)
166                 return pcpu_nr_slots - 1;
167         return __pcpu_size_to_slot(size);
168 }
169
170 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
171 {
172         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
173                 return 0;
174
175         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
176 }
177
178 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
179 {
180         return cpu * pcpu_unit_pages + page_idx;
181 }
182
183 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
184                                      unsigned int cpu, int page_idx)
185 {
186         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
187                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
188 }
189
190 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
191                                     unsigned int cpu, int page_idx)
192 {
193         /* must not be used on pre-mapped chunk */
194         WARN_ON(chunk->immutable);
195
196         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
197 }
198
199 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
200 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
201 {
202         page->index = (unsigned long)pcpu;
203 }
204
205 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
206 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
207 {
208         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
209 }
210
211 static void pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
212 {
213         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
214         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
215 }
216
217 static void pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk, int *rs, int *re, int end)
218 {
219         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
220         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
221 }
222
223 /*
224  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
225  * page regions betwen @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
226  * be integer variables and will be set to start and end page index of
227  * the current region.
228  */
229 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
230         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
231              (rs) < (re);                                                   \
232              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
233
234 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
235         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
236              (rs) < (re);                                                   \
237              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
238
239 /**
240  * pcpu_mem_alloc - allocate memory
241  * @size: bytes to allocate
242  *
243  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
244  * kzalloc() is used; otherwise, vmalloc() is used.  The returned
245  * memory is always zeroed.
246  *
247  * CONTEXT:
248  * Does GFP_KERNEL allocation.
249  *
250  * RETURNS:
251  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
252  */
253 static void *pcpu_mem_alloc(size_t size)
254 {
255         if (size <= PAGE_SIZE)
256                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
257         else {
258                 void *ptr = vmalloc(size);
259                 if (ptr)
260                         memset(ptr, 0, size);
261                 return ptr;
262         }
263 }
264
265 /**
266  * pcpu_mem_free - free memory
267  * @ptr: memory to free
268  * @size: size of the area
269  *
270  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_alloc().
271  */
272 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
273 {
274         if (size <= PAGE_SIZE)
275                 kfree(ptr);
276         else
277                 vfree(ptr);
278 }
279
280 /**
281  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
282  * @chunk: chunk of interest
283  * @oslot: the previous slot it was on
284  *
285  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
286  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
287  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
288  * chunk slots.
289  *
290  * CONTEXT:
291  * pcpu_lock.
292  */
293 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
294 {
295         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
296
297         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
298                 if (oslot < nslot)
299                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
300                 else
301                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
302         }
303 }
304
305 /**
306  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
307  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
308  *
309  * RETURNS:
310  * The address of the found chunk.
311  */
312 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
313 {
314         void *first_start = pcpu_first_chunk->vm->addr;
315
316         /* is it in the first chunk? */
317         if (addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size) {
318                 /* is it in the reserved area? */
319                 if (addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit)
320                         return pcpu_reserved_chunk;
321                 return pcpu_first_chunk;
322         }
323
324         return pcpu_get_page_chunk(vmalloc_to_page(addr));
325 }
326
327 /**
328  * pcpu_extend_area_map - extend area map for allocation
329  * @chunk: target chunk
330  *
331  * Extend area map of @chunk so that it can accomodate an allocation.
332  * A single allocation can split an area into three areas, so this
333  * function makes sure that @chunk->map has at least two extra slots.
334  *
335  * CONTEXT:
336  * pcpu_alloc_mutex, pcpu_lock.  pcpu_lock is released and reacquired
337  * if area map is extended.
338  *
339  * RETURNS:
340  * 0 if noop, 1 if successfully extended, -errno on failure.
341  */
342 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk)
343 {
344         int new_alloc;
345         int *new;
346         size_t size;
347
348         /* has enough? */
349         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + 2)
350                 return 0;
351
352         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
353
354         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
355         while (new_alloc < chunk->map_used + 2)
356                 new_alloc *= 2;
357
358         new = pcpu_mem_alloc(new_alloc * sizeof(new[0]));
359         if (!new) {
360                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
361                 return -ENOMEM;
362         }
363
364         /*
365          * Acquire pcpu_lock and switch to new area map.  Only free
366          * could have happened inbetween, so map_used couldn't have
367          * grown.
368          */
369         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
370         BUG_ON(new_alloc < chunk->map_used + 2);
371
372         size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
373         memcpy(new, chunk->map, size);
374
375         /*
376          * map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC indicates that the chunk is
377          * one of the first chunks and still using static map.
378          */
379         if (chunk->map_alloc >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC)
380                 pcpu_mem_free(chunk->map, size);
381
382         chunk->map_alloc = new_alloc;
383         chunk->map = new;
384         return 0;
385 }
386
387 /**
388  * pcpu_split_block - split a map block
389  * @chunk: chunk of interest
390  * @i: index of map block to split
391  * @head: head size in bytes (can be 0)
392  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
393  *
394  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
395  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
396  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
397  *
398  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
399  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
400  * is inserted after the target block.
401  *
402  * @chunk->map must have enough free slots to accomodate the split.
403  *
404  * CONTEXT:
405  * pcpu_lock.
406  */
407 static void pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i,
408                              int head, int tail)
409 {
410         int nr_extra = !!head + !!tail;
411
412         BUG_ON(chunk->map_alloc < chunk->map_used + nr_extra);
413
414         /* insert new subblocks */
415         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
416                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
417         chunk->map_used += nr_extra;
418
419         if (head) {
420                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
421                 chunk->map[i++] = head;
422         }
423         if (tail) {
424                 chunk->map[i++] -= tail;
425                 chunk->map[i] = tail;
426         }
427 }
428
429 /**
430  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
431  * @chunk: chunk of interest
432  * @size: wanted size in bytes
433  * @align: wanted align
434  *
435  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
436  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
437  * populate or map the area.
438  *
439  * @chunk->map must have at least two free slots.
440  *
441  * CONTEXT:
442  * pcpu_lock.
443  *
444  * RETURNS:
445  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
446  * found.
447  */
448 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
449 {
450         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
451         int max_contig = 0;
452         int i, off;
453
454         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
455                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
456                 int head, tail;
457
458                 /* extra for alignment requirement */
459                 head = ALIGN(off, align) - off;
460                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
461
462                 if (chunk->map[i] < 0)
463                         continue;
464                 if (chunk->map[i] < head + size) {
465                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
466                         continue;
467                 }
468
469                 /*
470                  * If head is small or the previous block is free,
471                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
472                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
473                  * uncommon for percpu allocations.
474                  */
475                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
476                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
477                                 chunk->map[i - 1] += head;
478                         else {
479                                 chunk->map[i - 1] -= head;
480                                 chunk->free_size -= head;
481                         }
482                         chunk->map[i] -= head;
483                         off += head;
484                         head = 0;
485                 }
486
487                 /* if tail is small, just keep it around */
488                 tail = chunk->map[i] - head - size;
489                 if (tail < sizeof(int))
490                         tail = 0;
491
492                 /* split if warranted */
493                 if (head || tail) {
494                         pcpu_split_block(chunk, i, head, tail);
495                         if (head) {
496                                 i++;
497                                 off += head;
498                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
499                         }
500                         if (tail)
501                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
502                 }
503
504                 /* update hint and mark allocated */
505                 if (is_last)
506                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
507                 else
508                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
509                                                  max_contig);
510
511                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
512                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
513
514                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
515                 return off;
516         }
517
518         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
519         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
520
521         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
522         return -1;
523 }
524
525 /**
526  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
527  * @chunk: chunk of interest
528  * @freeme: offset of area to free
529  *
530  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
531  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
532  * the area.
533  *
534  * CONTEXT:
535  * pcpu_lock.
536  */
537 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
538 {
539         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
540         int i, off;
541
542         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
543                 if (off == freeme)
544                         break;
545         BUG_ON(off != freeme);
546         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
547
548         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
549         chunk->free_size += chunk->map[i];
550
551         /* merge with previous? */
552         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
553                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
554                 chunk->map_used--;
555                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
556                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
557                 i--;
558         }
559         /* merge with next? */
560         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
561                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
562                 chunk->map_used--;
563                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
564                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
565         }
566
567         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
568         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
569 }
570
571 /**
572  * pcpu_get_pages_and_bitmap - get temp pages array and bitmap
573  * @chunk: chunk of interest
574  * @bitmapp: output parameter for bitmap
575  * @may_alloc: may allocate the array
576  *
577  * Returns pointer to array of pointers to struct page and bitmap,
578  * both of which can be indexed with pcpu_page_idx().  The returned
579  * array is cleared to zero and *@bitmapp is copied from
580  * @chunk->populated.  Note that there is only one array and bitmap
581  * and access exclusion is the caller's responsibility.
582  *
583  * CONTEXT:
584  * pcpu_alloc_mutex and does GFP_KERNEL allocation if @may_alloc.
585  * Otherwise, don't care.
586  *
587  * RETURNS:
588  * Pointer to temp pages array on success, NULL on failure.
589  */
590 static struct page **pcpu_get_pages_and_bitmap(struct pcpu_chunk *chunk,
591                                                unsigned long **bitmapp,
592                                                bool may_alloc)
593 {
594         static struct page **pages;
595         static unsigned long *bitmap;
596         size_t pages_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_pages *
597                             sizeof(pages[0]);
598         size_t bitmap_size = BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) *
599                              sizeof(unsigned long);
600
601         if (!pages || !bitmap) {
602                 if (may_alloc && !pages)
603                         pages = pcpu_mem_alloc(pages_size);
604                 if (may_alloc && !bitmap)
605                         bitmap = pcpu_mem_alloc(bitmap_size);
606                 if (!pages || !bitmap)
607                         return NULL;
608         }
609
610         memset(pages, 0, pages_size);
611         bitmap_copy(bitmap, chunk->populated, pcpu_unit_pages);
612
613         *bitmapp = bitmap;
614         return pages;
615 }
616
617 /**
618  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
619  * @chunk: chunk pages were allocated for
620  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
621  * @populated: populated bitmap
622  * @page_start: page index of the first page to be freed
623  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
624  *
625  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
626  * The pages were allocated for @chunk.
627  */
628 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
629                             struct page **pages, unsigned long *populated,
630                             int page_start, int page_end)
631 {
632         unsigned int cpu;
633         int i;
634
635         for_each_possible_cpu(cpu) {
636                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
637                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
638
639                         if (page)
640                                 __free_page(page);
641                 }
642         }
643 }
644
645 /**
646  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
647  * @chunk: target chunk
648  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
649  * @populated: populated bitmap
650  * @page_start: page index of the first page to be allocated
651  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
652  *
653  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
654  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
655  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
656  */
657 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
658                             struct page **pages, unsigned long *populated,
659                             int page_start, int page_end)
660 {
661         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
662         unsigned int cpu;
663         int i;
664
665         for_each_possible_cpu(cpu) {
666                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
667                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
668
669                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
670                         if (!*pagep) {
671                                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated,
672                                                 page_start, page_end);
673                                 return -ENOMEM;
674                         }
675                 }
676         }
677         return 0;
678 }
679
680 /**
681  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
682  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
683  * @page_start: page index of the first page to be flushed
684  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
685  *
686  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
687  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
688  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
689  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
690  * scalable.
691  */
692 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
693                                  int page_start, int page_end)
694 {
695         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
696
697         flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
698                            pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
699 }
700
701 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
702 {
703         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
704 }
705
706 /**
707  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
708  * @chunk: chunk of interest
709  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
710  * @populated: populated bitmap
711  * @page_start: page index of the first page to unmap
712  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
713  *
714  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
715  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
716  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
717  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
718  * proper pre/post flush functions.
719  */
720 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
721                              struct page **pages, unsigned long *populated,
722                              int page_start, int page_end)
723 {
724         unsigned int cpu;
725         int i;
726
727         for_each_possible_cpu(cpu) {
728                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
729                         struct page *page;
730
731                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
732                         WARN_ON(!page);
733                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
734                 }
735                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
736                                    page_end - page_start);
737         }
738
739         for (i = page_start; i < page_end; i++)
740                 __clear_bit(i, populated);
741 }
742
743 /**
744  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
745  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
746  * @page_start: page index of the first page to be flushed
747  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
748  *
749  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
750  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
751  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
752  *
753  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
754  * for the whole region.
755  */
756 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
757                                       int page_start, int page_end)
758 {
759         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
760
761         flush_tlb_kernel_range(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
762                                pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
763 }
764
765 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
766                             int nr_pages)
767 {
768         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
769                                         PAGE_KERNEL, pages);
770 }
771
772 /**
773  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
774  * @chunk: chunk of interest
775  * @pages: pages array containing pages to be mapped
776  * @populated: populated bitmap
777  * @page_start: page index of the first page to map
778  * @page_end: page index of the last page to map + 1
779  *
780  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
781  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
782  * mappings are complete.
783  *
784  * This function is responsible for setting corresponding bits in
785  * @chunk->populated bitmap and whatever is necessary for reverse
786  * lookup (addr -> chunk).
787  */
788 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
789                           struct page **pages, unsigned long *populated,
790                           int page_start, int page_end)
791 {
792         unsigned int cpu, tcpu;
793         int i, err;
794
795         for_each_possible_cpu(cpu) {
796                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
797                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
798                                        page_end - page_start);
799                 if (err < 0)
800                         goto err;
801         }
802
803         /* mapping successful, link chunk and mark populated */
804         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
805                 for_each_possible_cpu(cpu)
806                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
807                                             chunk);
808                 __set_bit(i, populated);
809         }
810
811         return 0;
812
813 err:
814         for_each_possible_cpu(tcpu) {
815                 if (tcpu == cpu)
816                         break;
817                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
818                                    page_end - page_start);
819         }
820         return err;
821 }
822
823 /**
824  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
825  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
826  * @page_start: page index of the first page to be flushed
827  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
828  *
829  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
830  * cache.
831  *
832  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
833  * for the whole region.
834  */
835 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
836                                 int page_start, int page_end)
837 {
838         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
839
840         /* flush at once, please read comments in pcpu_unmap() */
841         flush_cache_vmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
842                          pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
843 }
844
845 /**
846  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
847  * @chunk: chunk to depopulate
848  * @off: offset to the area to depopulate
849  * @size: size of the area to depopulate in bytes
850  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
851  *
852  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
853  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
854  * and tlb after.
855  *
856  * CONTEXT:
857  * pcpu_alloc_mutex.
858  */
859 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
860 {
861         int page_start = PFN_DOWN(off);
862         int page_end = PFN_UP(off + size);
863         struct page **pages;
864         unsigned long *populated;
865         int rs, re;
866
867         /* quick path, check whether it's empty already */
868         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
869                 if (rs == page_start && re == page_end)
870                         return;
871                 break;
872         }
873
874         /* immutable chunks can't be depopulated */
875         WARN_ON(chunk->immutable);
876
877         /*
878          * If control reaches here, there must have been at least one
879          * successful population attempt so the temp pages array must
880          * be available now.
881          */
882         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, false);
883         BUG_ON(!pages);
884
885         /* unmap and free */
886         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
887
888         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
889                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
890
891         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
892
893         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
894                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
895
896         /* commit new bitmap */
897         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
898 }
899
900 /**
901  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
902  * @chunk: chunk of interest
903  * @off: offset to the area to populate
904  * @size: size of the area to populate in bytes
905  *
906  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
907  * @chunk.  The area is cleared on return.
908  *
909  * CONTEXT:
910  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
911  */
912 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
913 {
914         int page_start = PFN_DOWN(off);
915         int page_end = PFN_UP(off + size);
916         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
917         struct page **pages;
918         unsigned long *populated;
919         unsigned int cpu;
920         int rs, re, rc;
921
922         /* quick path, check whether all pages are already there */
923         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
924                 if (rs == page_start && re == page_end)
925                         goto clear;
926                 break;
927         }
928
929         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
930         WARN_ON(chunk->immutable);
931
932         pages = pcpu_get_pages_and_bitmap(chunk, &populated, true);
933         if (!pages)
934                 return -ENOMEM;
935
936         /* alloc and map */
937         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
938                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
939                 if (rc)
940                         goto err_free;
941                 free_end = re;
942         }
943
944         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
945                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
946                 if (rc)
947                         goto err_unmap;
948                 unmap_end = re;
949         }
950         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
951
952         /* commit new bitmap */
953         bitmap_copy(chunk->populated, populated, pcpu_unit_pages);
954 clear:
955         for_each_possible_cpu(cpu)
956                 memset(chunk->vm->addr + cpu * pcpu_unit_size + off, 0,
957                        size);
958         return 0;
959
960 err_unmap:
961         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
962         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
963                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
964         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
965 err_free:
966         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
967                 pcpu_free_pages(chunk, pages, populated, rs, re);
968         return rc;
969 }
970
971 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
972 {
973         if (!chunk)
974                 return;
975         if (chunk->vm)
976                 free_vm_area(chunk->vm);
977         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
978         kfree(chunk);
979 }
980
981 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
982 {
983         struct pcpu_chunk *chunk;
984
985         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
986         if (!chunk)
987                 return NULL;
988
989         chunk->map = pcpu_mem_alloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
990         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
991         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
992
993         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
994         if (!chunk->vm) {
995                 free_pcpu_chunk(chunk);
996                 return NULL;
997         }
998
999         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1000         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
1001         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
1002
1003         return chunk;
1004 }
1005
1006 /**
1007  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1008  * @size: size of area to allocate in bytes
1009  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1010  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1011  *
1012  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.
1013  *
1014  * CONTEXT:
1015  * Does GFP_KERNEL allocation.
1016  *
1017  * RETURNS:
1018  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1019  */
1020 static void *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved)
1021 {
1022         struct pcpu_chunk *chunk;
1023         int slot, off;
1024
1025         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
1026                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
1027                      "percpu allocation\n", size, align);
1028                 return NULL;
1029         }
1030
1031         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1032         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1033
1034         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1035         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1036                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1037                 if (size > chunk->contig_hint ||
1038                     pcpu_extend_area_map(chunk) < 0)
1039                         goto fail_unlock;
1040                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1041                 if (off >= 0)
1042                         goto area_found;
1043                 goto fail_unlock;
1044         }
1045
1046 restart:
1047         /* search through normal chunks */
1048         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1049                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1050                         if (size > chunk->contig_hint)
1051                                 continue;
1052
1053                         switch (pcpu_extend_area_map(chunk)) {
1054                         case 0:
1055                                 break;
1056                         case 1:
1057                                 goto restart;   /* pcpu_lock dropped, restart */
1058                         default:
1059                                 goto fail_unlock;
1060                         }
1061
1062                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
1063                         if (off >= 0)
1064                                 goto area_found;
1065                 }
1066         }
1067
1068         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
1069         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1070
1071         chunk = alloc_pcpu_chunk();
1072         if (!chunk)
1073                 goto fail_unlock_mutex;
1074
1075         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1076         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1077         goto restart;
1078
1079 area_found:
1080         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1081
1082         /* populate, map and clear the area */
1083         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
1084                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1085                 pcpu_free_area(chunk, off);
1086                 goto fail_unlock;
1087         }
1088
1089         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1090
1091         return __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
1092
1093 fail_unlock:
1094         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1095 fail_unlock_mutex:
1096         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1097         return NULL;
1098 }
1099
1100 /**
1101  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1102  * @size: size of area to allocate in bytes
1103  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1104  *
1105  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
1106  * sleep.  Might trigger writeouts.
1107  *
1108  * CONTEXT:
1109  * Does GFP_KERNEL allocation.
1110  *
1111  * RETURNS:
1112  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1113  */
1114 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1115 {
1116         return pcpu_alloc(size, align, false);
1117 }
1118 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1119
1120 /**
1121  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1122  * @size: size of area to allocate in bytes
1123  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1124  *
1125  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align from reserved
1126  * percpu area if arch has set it up; otherwise, allocation is served
1127  * from the same dynamic area.  Might sleep.  Might trigger writeouts.
1128  *
1129  * CONTEXT:
1130  * Does GFP_KERNEL allocation.
1131  *
1132  * RETURNS:
1133  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1134  */
1135 void *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1136 {
1137         return pcpu_alloc(size, align, true);
1138 }
1139
1140 /**
1141  * pcpu_reclaim - reclaim fully free chunks, workqueue function
1142  * @work: unused
1143  *
1144  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1145  *
1146  * CONTEXT:
1147  * workqueue context.
1148  */
1149 static void pcpu_reclaim(struct work_struct *work)
1150 {
1151         LIST_HEAD(todo);
1152         struct list_head *head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1153         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1154
1155         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1156         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1157
1158         list_for_each_entry_safe(chunk, next, head, list) {
1159                 WARN_ON(chunk->immutable);
1160
1161                 /* spare the first one */
1162                 if (chunk == list_first_entry(head, struct pcpu_chunk, list))
1163                         continue;
1164
1165                 list_move(&chunk->list, &todo);
1166         }
1167
1168         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1169         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1170
1171         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &todo, list) {
1172                 pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size);
1173                 free_pcpu_chunk(chunk);
1174         }
1175 }
1176
1177 /**
1178  * free_percpu - free percpu area
1179  * @ptr: pointer to area to free
1180  *
1181  * Free percpu area @ptr.
1182  *
1183  * CONTEXT:
1184  * Can be called from atomic context.
1185  */
1186 void free_percpu(void *ptr)
1187 {
1188         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1189         struct pcpu_chunk *chunk;
1190         unsigned long flags;
1191         int off;
1192
1193         if (!ptr)
1194                 return;
1195
1196         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1197
1198         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1199         off = addr - chunk->vm->addr;
1200
1201         pcpu_free_area(chunk, off);
1202
1203         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1204         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1205                 struct pcpu_chunk *pos;
1206
1207                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1208                         if (pos != chunk) {
1209                                 schedule_work(&pcpu_reclaim_work);
1210                                 break;
1211                         }
1212         }
1213
1214         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1215 }
1216 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1217
1218 /**
1219  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1220  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1221  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes, 0 for none
1222  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1223  * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE
1224  * @base_addr: mapped address
1225  *
1226  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1227  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1228  * setup path.
1229  *
1230  * @reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1231  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1232  * the first chunk such that it's available only through reserved
1233  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1234  * static areas on architectures where the addressing model has
1235  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1236  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1237  *
1238  * @dyn_size, if non-negative, determines the number of bytes
1239  * available for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying
1240  * non-negative value makes percpu leave alone the area beyond
1241  * @static_size + @reserved_size + @dyn_size.
1242  *
1243  * @unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE and
1244  * equal to or larger than @static_size + @reserved_size + if
1245  * non-negative, @dyn_size.
1246  *
1247  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1248  * copied static data to each unit.
1249  *
1250  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1251  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1252  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1253  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1254  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1255  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1256  *
1257  * RETURNS:
1258  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1259  * percpu access.
1260  */
1261 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1262                                      ssize_t dyn_size, size_t unit_size,
1263                                      void *base_addr)
1264 {
1265         static struct vm_struct first_vm;
1266         static int smap[2], dmap[2];
1267         size_t size_sum = static_size + reserved_size +
1268                           (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0);
1269         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1270         int i;
1271
1272         /* santiy checks */
1273         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC ||
1274                      ARRAY_SIZE(dmap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
1275         BUG_ON(!static_size);
1276         BUG_ON(!base_addr);
1277         BUG_ON(unit_size < size_sum);
1278         BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
1279         BUG_ON(unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1280
1281         pcpu_unit_pages = unit_size >> PAGE_SHIFT;
1282         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1283         pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
1284         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1285                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1286
1287         if (dyn_size < 0)
1288                 dyn_size = pcpu_unit_size - static_size - reserved_size;
1289
1290         first_vm.flags = VM_ALLOC;
1291         first_vm.size = pcpu_chunk_size;
1292         first_vm.addr = base_addr;
1293
1294         /*
1295          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1296          * empty chunks.
1297          */
1298         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1299         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
1300         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1301                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1302
1303         /*
1304          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1305          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1306          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1307          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1308          * static percpu allocation).
1309          */
1310         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1311         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1312         schunk->vm = &first_vm;
1313         schunk->map = smap;
1314         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1315         schunk->immutable = true;
1316         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1317
1318         if (reserved_size) {
1319                 schunk->free_size = reserved_size;
1320                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1321                 pcpu_reserved_chunk_limit = static_size + reserved_size;
1322         } else {
1323                 schunk->free_size = dyn_size;
1324                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1325         }
1326         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1327
1328         schunk->map[schunk->map_used++] = -static_size;
1329         if (schunk->free_size)
1330                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
1331
1332         /* init dynamic chunk if necessary */
1333         if (dyn_size) {
1334                 dchunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
1335                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1336                 dchunk->vm = &first_vm;
1337                 dchunk->map = dmap;
1338                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1339                 dchunk->immutable = true;
1340                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1341
1342                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1343                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = -pcpu_reserved_chunk_limit;
1344                 dchunk->map[dchunk->map_used++] = dchunk->free_size;
1345         }
1346
1347         /* link the first chunk in */
1348         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1349         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1350
1351         /* we're done */
1352         pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(schunk, 0, 0);
1353         return pcpu_unit_size;
1354 }
1355
1356 static size_t pcpu_calc_fc_sizes(size_t static_size, size_t reserved_size,
1357                                  ssize_t *dyn_sizep)
1358 {
1359         size_t size_sum;
1360
1361         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1362                              (*dyn_sizep >= 0 ? *dyn_sizep : 0));
1363         if (*dyn_sizep != 0)
1364                 *dyn_sizep = size_sum - static_size - reserved_size;
1365
1366         return size_sum;
1367 }
1368
1369 /**
1370  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1371  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1372  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1373  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1374  *
1375  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1376  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1377  *
1378  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1379  * as a contiguous area using bootmem allocator and used as-is without
1380  * being mapped into vmalloc area.  This enables the first chunk to
1381  * piggy back on the linear physical mapping which often uses larger
1382  * page size.
1383  *
1384  * When @dyn_size is positive, dynamic area might be larger than
1385  * specified to fill page alignment.  When @dyn_size is auto,
1386  * @dyn_size is just big enough to fill page alignment after static
1387  * and reserved areas.
1388  *
1389  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1390  * size, the leftover is returned to the bootmem allocator.
1391  *
1392  * RETURNS:
1393  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1394  * percpu access on success, -errno on failure.
1395  */
1396 ssize_t __init pcpu_embed_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1397                                       ssize_t dyn_size)
1398 {
1399         size_t size_sum, unit_size, chunk_size;
1400         void *base;
1401         unsigned int cpu;
1402
1403         /* determine parameters and allocate */
1404         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1405
1406         unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1407         chunk_size = unit_size * num_possible_cpus();
1408
1409         base = __alloc_bootmem_nopanic(chunk_size, PAGE_SIZE,
1410                                        __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
1411         if (!base) {
1412                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %zu bytes for "
1413                            "embedding\n", chunk_size);
1414                 return -ENOMEM;
1415         }
1416
1417         /* return the leftover and copy */
1418         for_each_possible_cpu(cpu) {
1419                 void *ptr = base + cpu * unit_size;
1420
1421                 free_bootmem(__pa(ptr + size_sum), unit_size - size_sum);
1422                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
1423         }
1424
1425         /* we're ready, commit */
1426         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages at %p, static data %zu bytes\n",
1427                 size_sum >> PAGE_SHIFT, base, static_size);
1428
1429         return pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, dyn_size,
1430                                       unit_size, base);
1431 }
1432
1433 /**
1434  * pcpu_4k_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
1435  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1436  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1437  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
1438  * @free_fn: funtion to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
1439  * @populate_pte_fn: function to populate pte
1440  *
1441  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1442  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1443  *
1444  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
1445  * page-by-page into vmalloc area.
1446  *
1447  * RETURNS:
1448  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1449  * percpu access on success, -errno on failure.
1450  */
1451 ssize_t __init pcpu_4k_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1452                                    pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1453                                    pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1454                                    pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
1455 {
1456         static struct vm_struct vm;
1457         int unit_pages;
1458         size_t pages_size;
1459         struct page **pages;
1460         unsigned int cpu;
1461         int i, j;
1462         ssize_t ret;
1463
1464         unit_pages = PFN_UP(max_t(size_t, static_size + reserved_size,
1465                                   PCPU_MIN_UNIT_SIZE));
1466
1467         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
1468         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
1469                                sizeof(pages[0]));
1470         pages = alloc_bootmem(pages_size);
1471
1472         /* allocate pages */
1473         j = 0;
1474         for_each_possible_cpu(cpu)
1475                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
1476                         void *ptr;
1477
1478                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE);
1479                         if (!ptr) {
1480                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate "
1481                                            "4k page for cpu%u\n", cpu);
1482                                 goto enomem;
1483                         }
1484                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
1485                 }
1486
1487         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
1488         vm.flags = VM_ALLOC;
1489         vm.size = num_possible_cpus() * unit_pages << PAGE_SHIFT;
1490         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
1491
1492         for_each_possible_cpu(cpu) {
1493                 unsigned long unit_addr = (unsigned long)vm.addr +
1494                         (cpu * unit_pages << PAGE_SHIFT);
1495
1496                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
1497                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
1498
1499                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
1500                 ret = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[cpu * unit_pages],
1501                                        unit_pages);
1502                 if (ret < 0)
1503                         panic("failed to map percpu area, err=%zd\n", ret);
1504
1505                 /*
1506                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
1507                  * cache for the linear mapping here - something
1508                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
1509                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
1510                  * data structures are not set up yet.
1511                  */
1512
1513                 /* copy static data */
1514                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, static_size);
1515         }
1516
1517         /* we're ready, commit */
1518         pr_info("PERCPU: %d 4k pages per cpu, static data %zu bytes\n",
1519                 unit_pages, static_size);
1520
1521         ret = pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, -1,
1522                                      unit_pages << PAGE_SHIFT, vm.addr);
1523         goto out_free_ar;
1524
1525 enomem:
1526         while (--j >= 0)
1527                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
1528         ret = -ENOMEM;
1529 out_free_ar:
1530         free_bootmem(__pa(pages), pages_size);
1531         return ret;
1532 }
1533
1534 /*
1535  * Large page remapping first chunk setup helper
1536  */
1537 #ifdef CONFIG_NEED_MULTIPLE_NODES
1538 struct pcpul_ent {
1539         unsigned int    cpu;
1540         void            *ptr;
1541 };
1542
1543 static size_t pcpul_size;
1544 static size_t pcpul_unit_size;
1545 static struct pcpul_ent *pcpul_map;
1546 static struct vm_struct pcpul_vm;
1547
1548 /**
1549  * pcpu_lpage_first_chunk - remap the first percpu chunk using large page
1550  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
1551  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1552  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
1553  * @lpage_size: the size of a large page
1554  * @alloc_fn: function to allocate percpu lpage, always called with lpage_size
1555  * @free_fn: function to free percpu memory, @size <= lpage_size
1556  * @map_fn: function to map percpu lpage, always called with lpage_size
1557  *
1558  * This allocator uses large page as unit.  A large page is allocated
1559  * for each cpu and each is remapped into vmalloc area using large
1560  * page mapping.  As large page can be quite large, only part of it is
1561  * used for the first chunk.  Unused part is returned to the bootmem
1562  * allocator.
1563  *
1564  * So, the large pages are mapped twice - once to the physical mapping
1565  * and to the vmalloc area for the first percpu chunk.  The double
1566  * mapping does add one more large TLB entry pressure but still is
1567  * much better than only using 4k mappings while still being NUMA
1568  * friendly.
1569  *
1570  * RETURNS:
1571  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
1572  * percpu access on success, -errno on failure.
1573  */
1574 ssize_t __init pcpu_lpage_first_chunk(size_t static_size, size_t reserved_size,
1575                                       ssize_t dyn_size, size_t lpage_size,
1576                                       pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1577                                       pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
1578                                       pcpu_fc_map_fn_t map_fn)
1579 {
1580         size_t size_sum;
1581         size_t map_size;
1582         unsigned int cpu;
1583         int i, j;
1584         ssize_t ret;
1585
1586         /*
1587          * Currently supports only single page.  Supporting multiple
1588          * pages won't be too difficult if it ever becomes necessary.
1589          */
1590         size_sum = pcpu_calc_fc_sizes(static_size, reserved_size, &dyn_size);
1591
1592         pcpul_unit_size = lpage_size;
1593         pcpul_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1594         if (pcpul_size > pcpul_unit_size) {
1595                 pr_warning("PERCPU: static data is larger than large page, "
1596                            "can't use large page\n");
1597                 return -EINVAL;
1598         }
1599
1600         /* allocate pointer array and alloc large pages */
1601         map_size = PFN_ALIGN(num_possible_cpus() * sizeof(pcpul_map[0]));
1602         pcpul_map = alloc_bootmem(map_size);
1603
1604         for_each_possible_cpu(cpu) {
1605                 void *ptr;
1606
1607                 ptr = alloc_fn(cpu, lpage_size);
1608                 if (!ptr) {
1609                         pr_warning("PERCPU: failed to allocate large page "
1610                                    "for cpu%u\n", cpu);
1611                         goto enomem;
1612                 }
1613
1614                 /*
1615                  * Only use pcpul_size bytes and give back the rest.
1616                  *
1617                  * Ingo: The lpage_size up-rounding bootmem is needed
1618                  * to make sure the partial lpage is still fully RAM -
1619                  * it's not well-specified to have a incompatible area
1620                  * (unmapped RAM, device memory, etc.) in that hole.
1621                  */
1622                 free_fn(ptr + pcpul_size, lpage_size - pcpul_size);
1623
1624                 pcpul_map[cpu].cpu = cpu;
1625                 pcpul_map[cpu].ptr = ptr;
1626
1627                 memcpy(ptr, __per_cpu_load, static_size);
1628         }
1629
1630         /* allocate address and map */
1631         pcpul_vm.flags = VM_ALLOC;
1632         pcpul_vm.size = num_possible_cpus() * pcpul_unit_size;
1633         vm_area_register_early(&pcpul_vm, pcpul_unit_size);
1634
1635         for_each_possible_cpu(cpu)
1636                 map_fn(pcpul_map[cpu].ptr, pcpul_unit_size,
1637                        pcpul_vm.addr + cpu * pcpul_unit_size);
1638
1639         /* we're ready, commit */
1640         pr_info("PERCPU: Remapped at %p with large pages, static data "
1641                 "%zu bytes\n", pcpul_vm.addr, static_size);
1642
1643         ret = pcpu_setup_first_chunk(static_size, reserved_size, dyn_size,
1644                                      pcpul_unit_size, pcpul_vm.addr);
1645
1646         /* sort pcpul_map array for pcpu_lpage_remapped() */
1647         for (i = 0; i < num_possible_cpus() - 1; i++)
1648                 for (j = i + 1; j < num_possible_cpus(); j++)
1649                         if (pcpul_map[i].ptr > pcpul_map[j].ptr) {
1650                                 struct pcpul_ent tmp = pcpul_map[i];
1651                                 pcpul_map[i] = pcpul_map[j];
1652                                 pcpul_map[j] = tmp;
1653                         }
1654
1655         return ret;
1656
1657 enomem:
1658         for_each_possible_cpu(cpu)
1659                 if (pcpul_map[cpu].ptr)
1660                         free_fn(pcpul_map[cpu].ptr, pcpul_size);
1661         free_bootmem(__pa(pcpul_map), map_size);
1662         return -ENOMEM;
1663 }
1664
1665 /**
1666  * pcpu_lpage_remapped - determine whether a kaddr is in pcpul recycled area
1667  * @kaddr: the kernel address in question
1668  *
1669  * Determine whether @kaddr falls in the pcpul recycled area.  This is
1670  * used by pageattr to detect VM aliases and break up the pcpu large
1671  * page mapping such that the same physical page is not mapped under
1672  * different attributes.
1673  *
1674  * The recycled area is always at the tail of a partially used large
1675  * page.
1676  *
1677  * RETURNS:
1678  * Address of corresponding remapped pcpu address if match is found;
1679  * otherwise, NULL.
1680  */
1681 void *pcpu_lpage_remapped(void *kaddr)
1682 {
1683         unsigned long unit_mask = pcpul_unit_size - 1;
1684         void *lpage_addr = (void *)((unsigned long)kaddr & ~unit_mask);
1685         unsigned long offset = (unsigned long)kaddr & unit_mask;
1686         int left = 0, right = num_possible_cpus() - 1;
1687         int pos;
1688
1689         /* pcpul in use at all? */
1690         if (!pcpul_map)
1691                 return NULL;
1692
1693         /* okay, perform binary search */
1694         while (left <= right) {
1695                 pos = (left + right) / 2;
1696
1697                 if (pcpul_map[pos].ptr < lpage_addr)
1698                         left = pos + 1;
1699                 else if (pcpul_map[pos].ptr > lpage_addr)
1700                         right = pos - 1;
1701                 else {
1702                         /* it shouldn't be in the area for the first chunk */
1703                         WARN_ON(offset < pcpul_size);
1704
1705                         return pcpul_vm.addr +
1706                                 pcpul_map[pos].cpu * pcpul_unit_size + offset;
1707                 }
1708         }
1709
1710         return NULL;
1711 }
1712 #endif
1713
1714 /*
1715  * Generic percpu area setup.
1716  *
1717  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
1718  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
1719  * important because many archs have addressing restrictions and might
1720  * fail if the percpu area is located far away from the previous
1721  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
1722  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
1723  * on the physical linear memory mapping which uses large page
1724  * mappings on applicable archs.
1725  */
1726 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
1727 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
1728 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
1729
1730 void __init setup_per_cpu_areas(void)
1731 {
1732         size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1733         ssize_t unit_size;
1734         unsigned long delta;
1735         unsigned int cpu;
1736
1737         /*
1738          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
1739          * what the legacy allocator did.
1740          */
1741         unit_size = pcpu_embed_first_chunk(static_size, PERCPU_MODULE_RESERVE,
1742                                            PERCPU_DYNAMIC_RESERVE);
1743         if (unit_size < 0)
1744                 panic("Failed to initialized percpu areas.");
1745
1746         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
1747         for_each_possible_cpu(cpu)
1748                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + cpu * unit_size;
1749 }
1750 #endif /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */