OSDN Git Service

l2t_seq_next should increase position index
[sagit-ice-cold/kernel_xiaomi_msm8998.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * 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.  Each chunk is
11  * consisted of boot-time determined number of units and the first
12  * chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.
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.  On UMA, units corresponds directly to
26  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
27  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
28  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
29  *
30  * There are usually many small percpu allocations many of them being
31  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
32  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
33  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
34  * guaranteed to be equal to or larger than the maximum contiguous
35  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
36  * chunk maps unnecessarily.
37  *
38  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
39  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
40  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
41  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
42  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
43  * Chunks can be determined from the address using the index field
44  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
45  *
46  * To use this allocator, arch code should do the followings.
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/err.h>
59 #include <linux/list.h>
60 #include <linux/log2.h>
61 #include <linux/mm.h>
62 #include <linux/module.h>
63 #include <linux/mutex.h>
64 #include <linux/percpu.h>
65 #include <linux/pfn.h>
66 #include <linux/slab.h>
67 #include <linux/spinlock.h>
68 #include <linux/vmalloc.h>
69 #include <linux/workqueue.h>
70 #include <linux/kmemleak.h>
71 #include <linux/sched.h>
72
73 #include <asm/cacheflush.h>
74 #include <asm/sections.h>
75 #include <asm/tlbflush.h>
76 #include <asm/io.h>
77
78 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
79 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
80 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW      32
81 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH     64
82 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
83 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
84
85 #ifdef CONFIG_SMP
86 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
87 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
88 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
89         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
90                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
91                           (unsigned long)__per_cpu_start)
92 #endif
93 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
94 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
95         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
96                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
97                          (unsigned long)__per_cpu_start)
98 #endif
99 #else   /* CONFIG_SMP */
100 /* on UP, it's always identity mapped */
101 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
102 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
103 #endif  /* CONFIG_SMP */
104
105 struct pcpu_chunk {
106         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
107         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
108         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
109         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
110
111         int                     map_used;       /* # of map entries used before the sentry */
112         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
113         int                     *map;           /* allocation map */
114         struct list_head        map_extend_list;/* on pcpu_map_extend_chunks */
115
116         void                    *data;          /* chunk data */
117         int                     first_free;     /* no free below this */
118         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
119         int                     nr_populated;   /* # of populated pages */
120         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
121 };
122
123 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
124 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
125 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
126 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
127 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
128 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
129
130 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
131 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __read_mostly;
132 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __read_mostly;
133
134 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
135 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
136 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
137
138 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
139 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
140
141 /* group information, used for vm allocation */
142 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
143 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
144 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
145
146 /*
147  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
148  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
149  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
150  */
151 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
152
153 /*
154  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
155  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
156  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
157  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
158  * respectively.
159  */
160 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
161 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
162
163 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* all internal data structures */
164 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
165
166 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
167
168 /* chunks which need their map areas extended, protected by pcpu_lock */
169 static LIST_HEAD(pcpu_map_extend_chunks);
170
171 /*
172  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.  The
173  * reserved chunk doesn't contribute to the count.
174  */
175 static int pcpu_nr_empty_pop_pages;
176
177 /*
178  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
179  * try to keep the number of populated free pages between
180  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
181  * empty chunk.
182  */
183 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
184 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
185 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
186 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
187
188 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
189 {
190         if (pcpu_async_enabled)
191                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
192 }
193
194 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
195 {
196         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
197
198         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
199 }
200
201 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
202 {
203         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
204
205         return addr >= first_start &&
206                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
207 }
208
209 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
210 {
211         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
212         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
213 }
214
215 static int pcpu_size_to_slot(int size)
216 {
217         if (size == pcpu_unit_size)
218                 return pcpu_nr_slots - 1;
219         return __pcpu_size_to_slot(size);
220 }
221
222 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
223 {
224         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
225                 return 0;
226
227         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
228 }
229
230 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
231 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
232 {
233         page->index = (unsigned long)pcpu;
234 }
235
236 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
237 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
238 {
239         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
240 }
241
242 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
243 {
244         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
245 }
246
247 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
248                                      unsigned int cpu, int page_idx)
249 {
250         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
251                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
252 }
253
254 static void __maybe_unused pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk,
255                                            int *rs, int *re, int end)
256 {
257         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
258         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
259 }
260
261 static void __maybe_unused pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk,
262                                          int *rs, int *re, int end)
263 {
264         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
265         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
266 }
267
268 /*
269  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
270  * page regions between @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
271  * be integer variables and will be set to start and end page index of
272  * the current region.
273  */
274 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
275         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
276              (rs) < (re);                                                   \
277              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
278
279 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
280         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
281              (rs) < (re);                                                   \
282              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
283
284 /**
285  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
286  * @size: bytes to allocate
287  *
288  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
289  * kzalloc() is used; otherwise, vzalloc() is used.  The returned
290  * memory is always zeroed.
291  *
292  * CONTEXT:
293  * Does GFP_KERNEL allocation.
294  *
295  * RETURNS:
296  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
297  */
298 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size)
299 {
300         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
301                 return NULL;
302
303         if (size <= PAGE_SIZE)
304                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
305         else
306                 return vzalloc(size);
307 }
308
309 /**
310  * pcpu_mem_free - free memory
311  * @ptr: memory to free
312  * @size: size of the area
313  *
314  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
315  */
316 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
317 {
318         if (size <= PAGE_SIZE)
319                 kfree(ptr);
320         else
321                 vfree(ptr);
322 }
323
324 /**
325  * pcpu_count_occupied_pages - count the number of pages an area occupies
326  * @chunk: chunk of interest
327  * @i: index of the area in question
328  *
329  * Count the number of pages chunk's @i'th area occupies.  When the area's
330  * start and/or end address isn't aligned to page boundary, the straddled
331  * page is included in the count iff the rest of the page is free.
332  */
333 static int pcpu_count_occupied_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int i)
334 {
335         int off = chunk->map[i] & ~1;
336         int end = chunk->map[i + 1] & ~1;
337
338         if (!PAGE_ALIGNED(off) && i > 0) {
339                 int prev = chunk->map[i - 1];
340
341                 if (!(prev & 1) && prev <= round_down(off, PAGE_SIZE))
342                         off = round_down(off, PAGE_SIZE);
343         }
344
345         if (!PAGE_ALIGNED(end) && i + 1 < chunk->map_used) {
346                 int next = chunk->map[i + 1];
347                 int nend = chunk->map[i + 2] & ~1;
348
349                 if (!(next & 1) && nend >= round_up(end, PAGE_SIZE))
350                         end = round_up(end, PAGE_SIZE);
351         }
352
353         return max_t(int, PFN_DOWN(end) - PFN_UP(off), 0);
354 }
355
356 /**
357  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
358  * @chunk: chunk of interest
359  * @oslot: the previous slot it was on
360  *
361  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
362  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
363  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
364  * chunk slots.
365  *
366  * CONTEXT:
367  * pcpu_lock.
368  */
369 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
370 {
371         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
372
373         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
374                 if (oslot < nslot)
375                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
376                 else
377                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
378         }
379 }
380
381 /**
382  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
383  * @chunk: chunk of interest
384  * @is_atomic: the allocation context
385  *
386  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended.  If
387  * @is_atomic, only the amount necessary for a new allocation is
388  * considered; however, async extension is scheduled if the left amount is
389  * low.  If !@is_atomic, it aims for more empty space.  Combined, this
390  * ensures that the map is likely to have enough available space to
391  * accomodate atomic allocations which can't extend maps directly.
392  *
393  * CONTEXT:
394  * pcpu_lock.
395  *
396  * RETURNS:
397  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
398  * otherwise.
399  */
400 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk, bool is_atomic)
401 {
402         int margin, new_alloc;
403
404         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
405
406         if (is_atomic) {
407                 margin = 3;
408
409                 if (chunk->map_alloc <
410                     chunk->map_used + PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW) {
411                         if (list_empty(&chunk->map_extend_list)) {
412                                 list_add_tail(&chunk->map_extend_list,
413                                               &pcpu_map_extend_chunks);
414                                 pcpu_schedule_balance_work();
415                         }
416                 }
417         } else {
418                 margin = PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH;
419         }
420
421         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + margin)
422                 return 0;
423
424         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
425         while (new_alloc < chunk->map_used + margin)
426                 new_alloc *= 2;
427
428         return new_alloc;
429 }
430
431 /**
432  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
433  * @chunk: chunk of interest
434  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
435  *
436  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
437  *
438  * CONTEXT:
439  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
440  *
441  * RETURNS:
442  * 0 on success, -errno on failure.
443  */
444 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
445 {
446         int *old = NULL, *new = NULL;
447         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
448         unsigned long flags;
449
450         lockdep_assert_held(&pcpu_alloc_mutex);
451
452         new = pcpu_mem_zalloc(new_size);
453         if (!new)
454                 return -ENOMEM;
455
456         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
457         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
458
459         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
460                 goto out_unlock;
461
462         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
463         old = chunk->map;
464
465         memcpy(new, old, old_size);
466
467         chunk->map_alloc = new_alloc;
468         chunk->map = new;
469         new = NULL;
470
471 out_unlock:
472         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
473
474         /*
475          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
476          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
477          */
478         pcpu_mem_free(old, old_size);
479         pcpu_mem_free(new, new_size);
480
481         return 0;
482 }
483
484 /**
485  * pcpu_fit_in_area - try to fit the requested allocation in a candidate area
486  * @chunk: chunk the candidate area belongs to
487  * @off: the offset to the start of the candidate area
488  * @this_size: the size of the candidate area
489  * @size: the size of the target allocation
490  * @align: the alignment of the target allocation
491  * @pop_only: only allocate from already populated region
492  *
493  * We're trying to allocate @size bytes aligned at @align.  @chunk's area
494  * at @off sized @this_size is a candidate.  This function determines
495  * whether the target allocation fits in the candidate area and returns the
496  * number of bytes to pad after @off.  If the target area doesn't fit, -1
497  * is returned.
498  *
499  * If @pop_only is %true, this function only considers the already
500  * populated part of the candidate area.
501  */
502 static int pcpu_fit_in_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int this_size,
503                             int size, int align, bool pop_only)
504 {
505         int cand_off = off;
506
507         while (true) {
508                 int head = ALIGN(cand_off, align) - off;
509                 int page_start, page_end, rs, re;
510
511                 if (this_size < head + size)
512                         return -1;
513
514                 if (!pop_only)
515                         return head;
516
517                 /*
518                  * If the first unpopulated page is beyond the end of the
519                  * allocation, the whole allocation is populated;
520                  * otherwise, retry from the end of the unpopulated area.
521                  */
522                 page_start = PFN_DOWN(head + off);
523                 page_end = PFN_UP(head + off + size);
524
525                 rs = page_start;
526                 pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, PFN_UP(off + this_size));
527                 if (rs >= page_end)
528                         return head;
529                 cand_off = re * PAGE_SIZE;
530         }
531 }
532
533 /**
534  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
535  * @chunk: chunk of interest
536  * @size: wanted size in bytes
537  * @align: wanted align
538  * @pop_only: allocate only from the populated area
539  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
540  *
541  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
542  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
543  * populate or map the area.
544  *
545  * @chunk->map must have at least two free slots.
546  *
547  * CONTEXT:
548  * pcpu_lock.
549  *
550  * RETURNS:
551  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
552  * found.
553  */
554 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align,
555                            bool pop_only, int *occ_pages_p)
556 {
557         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
558         int max_contig = 0;
559         int i, off;
560         bool seen_free = false;
561         int *p;
562
563         for (i = chunk->first_free, p = chunk->map + i; i < chunk->map_used; i++, p++) {
564                 int head, tail;
565                 int this_size;
566
567                 off = *p;
568                 if (off & 1)
569                         continue;
570
571                 this_size = (p[1] & ~1) - off;
572
573                 head = pcpu_fit_in_area(chunk, off, this_size, size, align,
574                                         pop_only);
575                 if (head < 0) {
576                         if (!seen_free) {
577                                 chunk->first_free = i;
578                                 seen_free = true;
579                         }
580                         max_contig = max(this_size, max_contig);
581                         continue;
582                 }
583
584                 /*
585                  * If head is small or the previous block is free,
586                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
587                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
588                  * uncommon for percpu allocations.
589                  */
590                 if (head && (head < sizeof(int) || !(p[-1] & 1))) {
591                         *p = off += head;
592                         if (p[-1] & 1)
593                                 chunk->free_size -= head;
594                         else
595                                 max_contig = max(*p - p[-1], max_contig);
596                         this_size -= head;
597                         head = 0;
598                 }
599
600                 /* if tail is small, just keep it around */
601                 tail = this_size - head - size;
602                 if (tail < sizeof(int)) {
603                         tail = 0;
604                         size = this_size - head;
605                 }
606
607                 /* split if warranted */
608                 if (head || tail) {
609                         int nr_extra = !!head + !!tail;
610
611                         /* insert new subblocks */
612                         memmove(p + nr_extra + 1, p + 1,
613                                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
614                         chunk->map_used += nr_extra;
615
616                         if (head) {
617                                 if (!seen_free) {
618                                         chunk->first_free = i;
619                                         seen_free = true;
620                                 }
621                                 *++p = off += head;
622                                 ++i;
623                                 max_contig = max(head, max_contig);
624                         }
625                         if (tail) {
626                                 p[1] = off + size;
627                                 max_contig = max(tail, max_contig);
628                         }
629                 }
630
631                 if (!seen_free)
632                         chunk->first_free = i + 1;
633
634                 /* update hint and mark allocated */
635                 if (i + 1 == chunk->map_used)
636                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
637                 else
638                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
639                                                  max_contig);
640
641                 chunk->free_size -= size;
642                 *p |= 1;
643
644                 *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
645                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
646                 return off;
647         }
648
649         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
650         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
651
652         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
653         return -1;
654 }
655
656 /**
657  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
658  * @chunk: chunk of interest
659  * @freeme: offset of area to free
660  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
661  *
662  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
663  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
664  * the area.
665  *
666  * CONTEXT:
667  * pcpu_lock.
668  */
669 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme,
670                            int *occ_pages_p)
671 {
672         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
673         int off = 0;
674         unsigned i, j;
675         int to_free = 0;
676         int *p;
677
678         freeme |= 1;    /* we are searching for <given offset, in use> pair */
679
680         i = 0;
681         j = chunk->map_used;
682         while (i != j) {
683                 unsigned k = (i + j) / 2;
684                 off = chunk->map[k];
685                 if (off < freeme)
686                         i = k + 1;
687                 else if (off > freeme)
688                         j = k;
689                 else
690                         i = j = k;
691         }
692         BUG_ON(off != freeme);
693
694         if (i < chunk->first_free)
695                 chunk->first_free = i;
696
697         p = chunk->map + i;
698         *p = off &= ~1;
699         chunk->free_size += (p[1] & ~1) - off;
700
701         *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
702
703         /* merge with next? */
704         if (!(p[1] & 1))
705                 to_free++;
706         /* merge with previous? */
707         if (i > 0 && !(p[-1] & 1)) {
708                 to_free++;
709                 i--;
710                 p--;
711         }
712         if (to_free) {
713                 chunk->map_used -= to_free;
714                 memmove(p + 1, p + 1 + to_free,
715                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
716         }
717
718         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i + 1] - chunk->map[i] - 1, chunk->contig_hint);
719         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
720 }
721
722 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(void)
723 {
724         struct pcpu_chunk *chunk;
725
726         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size);
727         if (!chunk)
728                 return NULL;
729
730         chunk->map = pcpu_mem_zalloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC *
731                                                 sizeof(chunk->map[0]));
732         if (!chunk->map) {
733                 pcpu_mem_free(chunk, pcpu_chunk_struct_size);
734                 return NULL;
735         }
736
737         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
738         chunk->map[0] = 0;
739         chunk->map[1] = pcpu_unit_size | 1;
740         chunk->map_used = 1;
741
742         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
743         INIT_LIST_HEAD(&chunk->map_extend_list);
744         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
745         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
746
747         return chunk;
748 }
749
750 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
751 {
752         if (!chunk)
753                 return;
754         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
755         pcpu_mem_free(chunk, pcpu_chunk_struct_size);
756 }
757
758 /**
759  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
760  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
761  * @page_start: the start page
762  * @page_end: the end page
763  *
764  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
765  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
766  * successful population.
767  */
768 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk,
769                                  int page_start, int page_end)
770 {
771         int nr = page_end - page_start;
772
773         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
774
775         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
776         chunk->nr_populated += nr;
777         pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
778 }
779
780 /**
781  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
782  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
783  * @page_start: the start page
784  * @page_end: the end page
785  *
786  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
787  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
788  * each successful depopulation.
789  */
790 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
791                                    int page_start, int page_end)
792 {
793         int nr = page_end - page_start;
794
795         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
796
797         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
798         chunk->nr_populated -= nr;
799         pcpu_nr_empty_pop_pages -= nr;
800 }
801
802 /*
803  * Chunk management implementation.
804  *
805  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
806  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
807  * into this file and compiled together.  The following functions
808  * should be implemented.
809  *
810  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
811  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
812  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
813  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
814  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
815  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
816  */
817 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
818 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
819 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void);
820 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
821 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
822 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
823
824 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
825 #include "percpu-km.c"
826 #else
827 #include "percpu-vm.c"
828 #endif
829
830 /**
831  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
832  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
833  *
834  * RETURNS:
835  * The address of the found chunk.
836  */
837 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
838 {
839         /* is it in the first chunk? */
840         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
841                 /* is it in the reserved area? */
842                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
843                         return pcpu_reserved_chunk;
844                 return pcpu_first_chunk;
845         }
846
847         /*
848          * The address is relative to unit0 which might be unused and
849          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
850          * current processor before looking it up in the vmalloc
851          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
852          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
853          */
854         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
855         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
856 }
857
858 /**
859  * pcpu_alloc - the percpu allocator
860  * @size: size of area to allocate in bytes
861  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
862  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
863  * @gfp: allocation flags
864  *
865  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
866  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic.
867  *
868  * RETURNS:
869  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
870  */
871 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
872                                  gfp_t gfp)
873 {
874         static int warn_limit = 10;
875         struct pcpu_chunk *chunk;
876         const char *err;
877         bool is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
878         int occ_pages = 0;
879         int slot, off, new_alloc, cpu, ret;
880         unsigned long flags;
881         void __percpu *ptr;
882
883         /*
884          * We want the lowest bit of offset available for in-use/free
885          * indicator, so force >= 16bit alignment and make size even.
886          */
887         if (unlikely(align < 2))
888                 align = 2;
889
890         size = ALIGN(size, 2);
891
892         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
893                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
894                      "percpu allocation\n", size, align);
895                 return NULL;
896         }
897
898         if (!is_atomic)
899                 mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
900
901         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
902
903         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
904         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
905                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
906
907                 if (size > chunk->contig_hint) {
908                         err = "alloc from reserved chunk failed";
909                         goto fail_unlock;
910                 }
911
912                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic))) {
913                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
914                         if (is_atomic ||
915                             pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
916                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
917                                 goto fail;
918                         }
919                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
920                 }
921
922                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
923                                       &occ_pages);
924                 if (off >= 0)
925                         goto area_found;
926
927                 err = "alloc from reserved chunk failed";
928                 goto fail_unlock;
929         }
930
931 restart:
932         /* search through normal chunks */
933         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
934                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
935                         if (size > chunk->contig_hint)
936                                 continue;
937
938                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic);
939                         if (new_alloc) {
940                                 if (is_atomic)
941                                         continue;
942                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
943                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
944                                                          new_alloc) < 0) {
945                                         err = "failed to extend area map";
946                                         goto fail;
947                                 }
948                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
949                                 /*
950                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
951                                  * restart cpu_slot list walking.
952                                  */
953                                 goto restart;
954                         }
955
956                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
957                                               &occ_pages);
958                         if (off >= 0)
959                                 goto area_found;
960                 }
961         }
962
963         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
964
965         /*
966          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
967          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
968          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
969          */
970         if (is_atomic)
971                 goto fail;
972
973         if (list_empty(&pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1])) {
974                 chunk = pcpu_create_chunk();
975                 if (!chunk) {
976                         err = "failed to allocate new chunk";
977                         goto fail;
978                 }
979
980                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
981                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
982         } else {
983                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
984         }
985
986         goto restart;
987
988 area_found:
989         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
990
991         /* populate if not all pages are already there */
992         if (!is_atomic) {
993                 int page_start, page_end, rs, re;
994
995                 page_start = PFN_DOWN(off);
996                 page_end = PFN_UP(off + size);
997
998                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
999                         WARN_ON(chunk->immutable);
1000
1001                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re);
1002
1003                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1004                         if (ret) {
1005                                 pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1006                                 err = "failed to populate";
1007                                 goto fail_unlock;
1008                         }
1009                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1010                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1011                 }
1012
1013                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1014         }
1015
1016         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
1017                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1018                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= occ_pages;
1019                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1020         }
1021
1022         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1023                 pcpu_schedule_balance_work();
1024
1025         /* clear the areas and return address relative to base address */
1026         for_each_possible_cpu(cpu)
1027                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1028
1029         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1030         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1031         return ptr;
1032
1033 fail_unlock:
1034         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1035 fail:
1036         if (!is_atomic && warn_limit) {
1037                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1038                            size, align, is_atomic, err);
1039                 dump_stack();
1040                 if (!--warn_limit)
1041                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1042         }
1043         if (is_atomic) {
1044                 /* see the flag handling in pcpu_blance_workfn() */
1045                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1046                 pcpu_schedule_balance_work();
1047         } else {
1048                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1049         }
1050         return NULL;
1051 }
1052
1053 /**
1054  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1055  * @size: size of area to allocate in bytes
1056  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1057  * @gfp: allocation flags
1058  *
1059  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1060  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1061  * be called from any context but is a lot more likely to fail.
1062  *
1063  * RETURNS:
1064  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1065  */
1066 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1067 {
1068         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1069 }
1070 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1071
1072 /**
1073  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1074  * @size: size of area to allocate in bytes
1075  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1076  *
1077  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1078  */
1079 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1080 {
1081         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1082 }
1083 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1084
1085 /**
1086  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1087  * @size: size of area to allocate in bytes
1088  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1089  *
1090  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1091  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1092  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1093  * Might trigger writeouts.
1094  *
1095  * CONTEXT:
1096  * Does GFP_KERNEL allocation.
1097  *
1098  * RETURNS:
1099  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1100  */
1101 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1102 {
1103         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1104 }
1105
1106 /**
1107  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
1108  * @work: unused
1109  *
1110  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1111  */
1112 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
1113 {
1114         LIST_HEAD(to_free);
1115         struct list_head *free_head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1116         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1117         int slot, nr_to_pop, ret;
1118
1119         /*
1120          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1121          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1122          */
1123         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1124         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1125
1126         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1127                 WARN_ON(chunk->immutable);
1128
1129                 /* spare the first one */
1130                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
1131                         continue;
1132
1133                 list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1134                 list_move(&chunk->list, &to_free);
1135         }
1136
1137         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1138
1139         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
1140                 int rs, re;
1141
1142                 pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1143                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
1144                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1145                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
1146                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1147                 }
1148                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1149         }
1150
1151         /* service chunks which requested async area map extension */
1152         do {
1153                 int new_alloc = 0;
1154
1155                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1156
1157                 chunk = list_first_entry_or_null(&pcpu_map_extend_chunks,
1158                                         struct pcpu_chunk, map_extend_list);
1159                 if (chunk) {
1160                         list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1161                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, false);
1162                 }
1163
1164                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1165
1166                 if (new_alloc)
1167                         pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc);
1168         } while (chunk);
1169
1170         /*
1171          * Ensure there are certain number of free populated pages for
1172          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
1173          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
1174          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
1175          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
1176          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
1177          * something we support properly and can be highly unreliable and
1178          * inefficient.
1179          */
1180 retry_pop:
1181         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
1182                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
1183                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
1184                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
1185         } else {
1186                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
1187                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
1188                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
1189         }
1190
1191         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1192                 int nr_unpop = 0, rs, re;
1193
1194                 if (!nr_to_pop)
1195                         break;
1196
1197                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1198                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1199                         nr_unpop = pcpu_unit_pages - chunk->nr_populated;
1200                         if (nr_unpop)
1201                                 break;
1202                 }
1203                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1204
1205                 if (!nr_unpop)
1206                         continue;
1207
1208                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
1209                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1210                         int nr = min(re - rs, nr_to_pop);
1211
1212                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr);
1213                         if (!ret) {
1214                                 nr_to_pop -= nr;
1215                                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1216                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
1217                                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1218                         } else {
1219                                 nr_to_pop = 0;
1220                         }
1221
1222                         if (!nr_to_pop)
1223                                 break;
1224                 }
1225         }
1226
1227         if (nr_to_pop) {
1228                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
1229                 chunk = pcpu_create_chunk();
1230                 if (chunk) {
1231                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1232                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1233                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1234                         goto retry_pop;
1235                 }
1236         }
1237
1238         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1239 }
1240
1241 /**
1242  * free_percpu - free percpu area
1243  * @ptr: pointer to area to free
1244  *
1245  * Free percpu area @ptr.
1246  *
1247  * CONTEXT:
1248  * Can be called from atomic context.
1249  */
1250 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1251 {
1252         void *addr;
1253         struct pcpu_chunk *chunk;
1254         unsigned long flags;
1255         int off, occ_pages;
1256
1257         if (!ptr)
1258                 return;
1259
1260         kmemleak_free_percpu(ptr);
1261
1262         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1263
1264         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1265
1266         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1267         off = addr - chunk->base_addr;
1268
1269         pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1270
1271         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
1272                 pcpu_nr_empty_pop_pages += occ_pages;
1273
1274         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1275         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1276                 struct pcpu_chunk *pos;
1277
1278                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1279                         if (pos != chunk) {
1280                                 pcpu_schedule_balance_work();
1281                                 break;
1282                         }
1283         }
1284
1285         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1286 }
1287 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1288
1289 /**
1290  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1291  * @addr: address to test
1292  *
1293  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1294  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1295  * is_module_percpu_address().
1296  *
1297  * RETURNS:
1298  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1299  */
1300 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1301 {
1302 #ifdef CONFIG_SMP
1303         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1304         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1305         unsigned int cpu;
1306
1307         for_each_possible_cpu(cpu) {
1308                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1309
1310                 if ((void *)addr >= start && (void *)addr < start + static_size)
1311                         return true;
1312         }
1313 #endif
1314         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
1315         return false;
1316 }
1317
1318 /**
1319  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1320  * @addr: the address to be converted to physical address
1321  *
1322  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1323  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1324  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1325  * until this function finishes.
1326  *
1327  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
1328  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
1329  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
1330  * km) provides translation.
1331  *
1332  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
1333  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
1334  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
1335  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
1336  * code.
1337  *
1338  * RETURNS:
1339  * The physical address for @addr.
1340  */
1341 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1342 {
1343         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1344         bool in_first_chunk = false;
1345         unsigned long first_low, first_high;
1346         unsigned int cpu;
1347
1348         /*
1349          * The following test on unit_low/high isn't strictly
1350          * necessary but will speed up lookups of addresses which
1351          * aren't in the first chunk.
1352          */
1353         first_low = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_low_unit_cpu, 0);
1354         first_high = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_high_unit_cpu,
1355                                      pcpu_unit_pages);
1356         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
1357             (unsigned long)addr < first_high) {
1358                 for_each_possible_cpu(cpu) {
1359                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1360
1361                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
1362                                 in_first_chunk = true;
1363                                 break;
1364                         }
1365                 }
1366         }
1367
1368         if (in_first_chunk) {
1369                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
1370                         return __pa(addr);
1371                 else
1372                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
1373                                offset_in_page(addr);
1374         } else
1375                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
1376                        offset_in_page(addr);
1377 }
1378
1379 /**
1380  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1381  * @nr_groups: the number of groups
1382  * @nr_units: the number of units
1383  *
1384  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1385  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1386  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1387  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1388  * pointer of other groups.
1389  *
1390  * RETURNS:
1391  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1392  * failure.
1393  */
1394 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1395                                                       int nr_units)
1396 {
1397         struct pcpu_alloc_info *ai;
1398         size_t base_size, ai_size;
1399         void *ptr;
1400         int unit;
1401
1402         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1403                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1404         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1405
1406         ptr = memblock_virt_alloc_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size), 0);
1407         if (!ptr)
1408                 return NULL;
1409         ai = ptr;
1410         ptr += base_size;
1411
1412         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1413
1414         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1415                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1416
1417         ai->nr_groups = nr_groups;
1418         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1419
1420         return ai;
1421 }
1422
1423 /**
1424  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1425  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1426  *
1427  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1428  */
1429 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1430 {
1431         memblock_free_early(__pa(ai), ai->__ai_size);
1432 }
1433
1434 /**
1435  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1436  * @lvl: loglevel
1437  * @ai: allocation info to dump
1438  *
1439  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1440  */
1441 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1442                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1443 {
1444         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1445         char empty_str[] = "--------";
1446         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1447         int group, v;
1448         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1449
1450         v = ai->nr_groups;
1451         while (v /= 10)
1452                 group_width++;
1453
1454         v = num_possible_cpus();
1455         while (v /= 10)
1456                 cpu_width++;
1457         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1458
1459         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1460         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1461         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1462
1463         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1464                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1465                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1466
1467         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1468                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1469                 int unit = 0, unit_end = 0;
1470
1471                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1472                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1473                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1474                         if (!(alloc % apl)) {
1475                                 printk(KERN_CONT "\n");
1476                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1477                         }
1478                         printk(KERN_CONT "[%0*d] ", group_width, group);
1479
1480                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1481                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1482                                         printk(KERN_CONT "%0*d ", cpu_width,
1483                                                gi->cpu_map[unit]);
1484                                 else
1485                                         printk(KERN_CONT "%s ", empty_str);
1486                 }
1487         }
1488         printk(KERN_CONT "\n");
1489 }
1490
1491 /**
1492  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1493  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1494  * @base_addr: mapped address
1495  *
1496  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1497  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1498  * setup path.
1499  *
1500  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1501  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1502  *
1503  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1504  *
1505  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1506  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1507  * the first chunk such that it's available only through reserved
1508  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1509  * static areas on architectures where the addressing model has
1510  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1511  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1512  *
1513  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1514  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1515  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1516  *
1517  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1518  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1519  * @ai->dyn_size.
1520  *
1521  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1522  * for vm areas.
1523  *
1524  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1525  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1526  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1527  *
1528  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1529  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1530  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1531  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1532  * all units is assumed.
1533  *
1534  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1535  * copied static data to each unit.
1536  *
1537  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1538  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1539  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1540  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1541  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1542  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1543  *
1544  * RETURNS:
1545  * 0 on success, -errno on failure.
1546  */
1547 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1548                                   void *base_addr)
1549 {
1550         static int smap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1551         static int dmap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1552         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1553         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1554         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1555         unsigned long *group_offsets;
1556         size_t *group_sizes;
1557         unsigned long *unit_off;
1558         unsigned int cpu;
1559         int *unit_map;
1560         int group, unit, i;
1561
1562 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1563         if (unlikely(cond)) {                                           \
1564                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1565                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%*pb\n",            \
1566                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
1567                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1568                 BUG();                                                  \
1569         }                                                               \
1570 } while (0)
1571
1572         /* sanity checks */
1573         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1574 #ifdef CONFIG_SMP
1575         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1576         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
1577 #endif
1578         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1579         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
1580         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1581         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
1582         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1583         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
1584         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
1585
1586         /* process group information and build config tables accordingly */
1587         group_offsets = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1588                                              sizeof(group_offsets[0]), 0);
1589         group_sizes = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1590                                            sizeof(group_sizes[0]), 0);
1591         unit_map = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]), 0);
1592         unit_off = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]), 0);
1593
1594         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1595                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1596
1597         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
1598         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
1599
1600         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1601                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1602
1603                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1604                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1605
1606                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1607                         cpu = gi->cpu_map[i];
1608                         if (cpu == NR_CPUS)
1609                                 continue;
1610
1611                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
1612                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1613                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1614
1615                         unit_map[cpu] = unit + i;
1616                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1617
1618                         /* determine low/high unit_cpu */
1619                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
1620                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
1621                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
1622                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
1623                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
1624                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
1625                 }
1626         }
1627         pcpu_nr_units = unit;
1628
1629         for_each_possible_cpu(cpu)
1630                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1631
1632         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1633 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1634         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1635
1636         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1637         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1638         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1639         pcpu_unit_map = unit_map;
1640         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1641
1642         /* determine basic parameters */
1643         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1644         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1645         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1646         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1647                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1648
1649         /*
1650          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1651          * empty chunks.
1652          */
1653         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1654         pcpu_slot = memblock_virt_alloc(
1655                         pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]), 0);
1656         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1657                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1658
1659         /*
1660          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1661          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1662          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1663          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1664          * static percpu allocation).
1665          */
1666         schunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1667         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1668         INIT_LIST_HEAD(&schunk->map_extend_list);
1669         schunk->base_addr = base_addr;
1670         schunk->map = smap;
1671         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1672         schunk->immutable = true;
1673         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1674         schunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1675
1676         if (ai->reserved_size) {
1677                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1678                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1679                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1680         } else {
1681                 schunk->free_size = dyn_size;
1682                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1683         }
1684         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1685
1686         schunk->map[0] = 1;
1687         schunk->map[1] = ai->static_size;
1688         schunk->map_used = 1;
1689         if (schunk->free_size)
1690                 schunk->map[++schunk->map_used] = ai->static_size + schunk->free_size;
1691         schunk->map[schunk->map_used] |= 1;
1692
1693         /* init dynamic chunk if necessary */
1694         if (dyn_size) {
1695                 dchunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1696                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1697                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->map_extend_list);
1698                 dchunk->base_addr = base_addr;
1699                 dchunk->map = dmap;
1700                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1701                 dchunk->immutable = true;
1702                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1703                 dchunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1704
1705                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1706                 dchunk->map[0] = 1;
1707                 dchunk->map[1] = pcpu_reserved_chunk_limit;
1708                 dchunk->map[2] = (pcpu_reserved_chunk_limit + dchunk->free_size) | 1;
1709                 dchunk->map_used = 2;
1710         }
1711
1712         /* link the first chunk in */
1713         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1714         pcpu_nr_empty_pop_pages +=
1715                 pcpu_count_occupied_pages(pcpu_first_chunk, 1);
1716         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1717
1718         /* we're done */
1719         pcpu_base_addr = base_addr;
1720         return 0;
1721 }
1722
1723 #ifdef CONFIG_SMP
1724
1725 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
1726         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1727         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1728         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1729 };
1730
1731 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1732
1733 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1734 {
1735         if (!str)
1736                 return -EINVAL;
1737
1738         if (0)
1739                 /* nada */;
1740 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1741         else if (!strcmp(str, "embed"))
1742                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1743 #endif
1744 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1745         else if (!strcmp(str, "page"))
1746                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1747 #endif
1748         else
1749                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1750
1751         return 0;
1752 }
1753 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1754
1755 /*
1756  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
1757  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
1758  * to be used.
1759  */
1760 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1761         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1762 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
1763 #endif
1764
1765 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
1766 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
1767 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
1768 #endif
1769
1770 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
1771 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
1772 /**
1773  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1774  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1775  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1776  * @atom_size: allocation atom size
1777  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1778  *
1779  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1780  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1781  * atom size and distances between CPUs.
1782  *
1783  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
1784  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1785  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1786  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1787  * of allocated virtual address space.
1788  *
1789  * RETURNS:
1790  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1791  * failure, ERR_PTR value is returned.
1792  */
1793 static struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1794                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1795                                 size_t atom_size,
1796                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1797 {
1798         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1799         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1800         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1801         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
1802         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1803         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1804         int last_allocs, group, unit;
1805         unsigned int cpu, tcpu;
1806         struct pcpu_alloc_info *ai;
1807         unsigned int *cpu_map;
1808
1809         /* this function may be called multiple times */
1810         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1811         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
1812
1813         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
1814         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1815                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
1816         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
1817
1818         /*
1819          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1820          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1821          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
1822          * or larger than min_unit_size.
1823          */
1824         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1825
1826         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1827         upa = alloc_size / min_unit_size;
1828         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1829                 upa--;
1830         max_upa = upa;
1831
1832         /* group cpus according to their proximity */
1833         for_each_possible_cpu(cpu) {
1834                 group = 0;
1835         next_group:
1836                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1837                         if (cpu == tcpu)
1838                                 break;
1839                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1840                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1841                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1842                                 group++;
1843                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1844                                 goto next_group;
1845                         }
1846                 }
1847                 group_map[cpu] = group;
1848                 group_cnt[group]++;
1849         }
1850
1851         /*
1852          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1853          * and then as much as possible without using more address
1854          * space.
1855          */
1856         last_allocs = INT_MAX;
1857         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1858                 int allocs = 0, wasted = 0;
1859
1860                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1861                         continue;
1862
1863                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1864                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1865                         allocs += this_allocs;
1866                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1867                 }
1868
1869                 /*
1870                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
1871                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1872                  * passes the following check.
1873                  */
1874                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1875                         continue;
1876
1877                 /* and then don't consume more memory */
1878                 if (allocs > last_allocs)
1879                         break;
1880                 last_allocs = allocs;
1881                 best_upa = upa;
1882         }
1883         upa = best_upa;
1884
1885         /* allocate and fill alloc_info */
1886         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1887                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1888
1889         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1890         if (!ai)
1891                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1892         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1893
1894         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1895                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1896                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1897         }
1898
1899         ai->static_size = static_size;
1900         ai->reserved_size = reserved_size;
1901         ai->dyn_size = dyn_size;
1902         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1903         ai->atom_size = atom_size;
1904         ai->alloc_size = alloc_size;
1905
1906         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1907                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1908
1909                 /*
1910                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1911                  * back-to-back.  The caller should update this to
1912                  * reflect actual allocation.
1913                  */
1914                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1915
1916                 for_each_possible_cpu(cpu)
1917                         if (group_map[cpu] == group)
1918                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1919                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1920                 unit += gi->nr_units;
1921         }
1922         BUG_ON(unit != nr_units);
1923
1924         return ai;
1925 }
1926 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
1927
1928 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
1929 /**
1930  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1931  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1932  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1933  * @atom_size: allocation atom size
1934  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1935  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1936  * @free_fn: function to free percpu page
1937  *
1938  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1939  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1940  *
1941  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1942  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1943  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1944  * aligned to @atom_size.
1945  *
1946  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1947  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1948  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1949  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1950  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1951  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1952  *
1953  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
1954  *
1955  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1956  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1957  *
1958  * RETURNS:
1959  * 0 on success, -errno on failure.
1960  */
1961 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1962                                   size_t atom_size,
1963                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1964                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1965                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1966 {
1967         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1968         void **areas = NULL;
1969         struct pcpu_alloc_info *ai;
1970         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1971         int group, i, rc;
1972
1973         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1974                                    cpu_distance_fn);
1975         if (IS_ERR(ai))
1976                 return PTR_ERR(ai);
1977
1978         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1979         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1980
1981         areas = memblock_virt_alloc_nopanic(areas_size, 0);
1982         if (!areas) {
1983                 rc = -ENOMEM;
1984                 goto out_free;
1985         }
1986
1987         /* allocate, copy and determine base address */
1988         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1989                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1990                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1991                 void *ptr;
1992
1993                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1994                         cpu = gi->cpu_map[i];
1995                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1996
1997                 /* allocate space for the whole group */
1998                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1999                 if (!ptr) {
2000                         rc = -ENOMEM;
2001                         goto out_free_areas;
2002                 }
2003                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2004                 kmemleak_free(ptr);
2005                 areas[group] = ptr;
2006
2007                 base = min(ptr, base);
2008         }
2009
2010         /*
2011          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
2012          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
2013          * overlapping groups.
2014          */
2015         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2016                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2017                 void *ptr = areas[group];
2018
2019                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
2020                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
2021                                 /* unused unit, free whole */
2022                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
2023                                 continue;
2024                         }
2025                         /* copy and return the unused part */
2026                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2027                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
2028                 }
2029         }
2030
2031         /* base address is now known, determine group base offsets */
2032         max_distance = 0;
2033         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2034                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2035                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
2036                                      ai->groups[group].base_offset);
2037         }
2038         max_distance += ai->unit_size;
2039
2040         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2041         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
2042                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
2043                            "space 0x%lx\n", max_distance,
2044                            VMALLOC_TOTAL);
2045 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2046                 /* and fail if we have fallback */
2047                 rc = -EINVAL;
2048                 goto out_free;
2049 #endif
2050         }
2051
2052         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2053                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2054                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2055
2056         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2057         goto out_free;
2058
2059 out_free_areas:
2060         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2061                 if (areas[group])
2062                         free_fn(areas[group],
2063                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2064 out_free:
2065         pcpu_free_alloc_info(ai);
2066         if (areas)
2067                 memblock_free_early(__pa(areas), areas_size);
2068         return rc;
2069 }
2070 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
2071
2072 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2073 /**
2074  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2075  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2076  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2077  * @free_fn: function to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2078  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2079  *
2080  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2081  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2082  *
2083  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2084  * page-by-page into vmalloc area.
2085  *
2086  * RETURNS:
2087  * 0 on success, -errno on failure.
2088  */
2089 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2090                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2091                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2092                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2093 {
2094         static struct vm_struct vm;
2095         struct pcpu_alloc_info *ai;
2096         char psize_str[16];
2097         int unit_pages;
2098         size_t pages_size;
2099         struct page **pages;
2100         int unit, i, j, rc;
2101
2102         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2103
2104         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
2105         if (IS_ERR(ai))
2106                 return PTR_ERR(ai);
2107         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2108         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2109
2110         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2111
2112         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2113         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2114                                sizeof(pages[0]));
2115         pages = memblock_virt_alloc(pages_size, 0);
2116
2117         /* allocate pages */
2118         j = 0;
2119         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2120                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2121                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2122                         void *ptr;
2123
2124                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2125                         if (!ptr) {
2126                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
2127                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
2128                                 goto enomem;
2129                         }
2130                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2131                         kmemleak_free(ptr);
2132                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2133                 }
2134
2135         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2136         vm.flags = VM_ALLOC;
2137         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2138         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2139
2140         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2141                 unsigned long unit_addr =
2142                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2143
2144                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2145                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2146
2147                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2148                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2149                                       unit_pages);
2150                 if (rc < 0)
2151                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2152
2153                 /*
2154                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2155                  * cache for the linear mapping here - something
2156                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2157                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2158                  * data structures are not set up yet.
2159                  */
2160
2161                 /* copy static data */
2162                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2163         }
2164
2165         /* we're ready, commit */
2166         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2167                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2168                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2169
2170         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2171         goto out_free_ar;
2172
2173 enomem:
2174         while (--j >= 0)
2175                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2176         rc = -ENOMEM;
2177 out_free_ar:
2178         memblock_free_early(__pa(pages), pages_size);
2179         pcpu_free_alloc_info(ai);
2180         return rc;
2181 }
2182 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2183
2184 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2185 /*
2186  * Generic SMP percpu area setup.
2187  *
2188  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2189  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2190  * important because many archs have addressing restrictions and might
2191  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2192  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2193  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2194  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2195  * mappings on applicable archs.
2196  */
2197 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2198 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2199
2200 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2201                                        size_t align)
2202 {
2203         return  memblock_virt_alloc_from_nopanic(
2204                         size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2205 }
2206
2207 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2208 {
2209         memblock_free_early(__pa(ptr), size);
2210 }
2211
2212 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2213 {
2214         unsigned long delta;
2215         unsigned int cpu;
2216         int rc;
2217
2218         /*
2219          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2220          * what the legacy allocator did.
2221          */
2222         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2223                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2224                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2225         if (rc < 0)
2226                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2227
2228         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2229         for_each_possible_cpu(cpu)
2230                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2231 }
2232 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2233
2234 #else   /* CONFIG_SMP */
2235
2236 /*
2237  * UP percpu area setup.
2238  *
2239  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
2240  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
2241  * variables and don't require any special preparation.
2242  */
2243 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2244 {
2245         const size_t unit_size =
2246                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
2247                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
2248         struct pcpu_alloc_info *ai;
2249         void *fc;
2250
2251         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
2252         fc = memblock_virt_alloc_from_nopanic(unit_size,
2253                                               PAGE_SIZE,
2254                                               __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2255         if (!ai || !fc)
2256                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
2257         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2258         kmemleak_free(fc);
2259
2260         ai->dyn_size = unit_size;
2261         ai->unit_size = unit_size;
2262         ai->atom_size = unit_size;
2263         ai->alloc_size = unit_size;
2264         ai->groups[0].nr_units = 1;
2265         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
2266
2267         if (pcpu_setup_first_chunk(ai, fc) < 0)
2268                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2269 }
2270
2271 #endif  /* CONFIG_SMP */
2272
2273 /*
2274  * First and reserved chunks are initialized with temporary allocation
2275  * map in initdata so that they can be used before slab is online.
2276  * This function is called after slab is brought up and replaces those
2277  * with properly allocated maps.
2278  */
2279 void __init percpu_init_late(void)
2280 {
2281         struct pcpu_chunk *target_chunks[] =
2282                 { pcpu_first_chunk, pcpu_reserved_chunk, NULL };
2283         struct pcpu_chunk *chunk;
2284         unsigned long flags;
2285         int i;
2286
2287         for (i = 0; (chunk = target_chunks[i]); i++) {
2288                 int *map;
2289                 const size_t size = PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS * sizeof(map[0]);
2290
2291                 BUILD_BUG_ON(size > PAGE_SIZE);
2292
2293                 map = pcpu_mem_zalloc(size);
2294                 BUG_ON(!map);
2295
2296                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2297                 memcpy(map, chunk->map, size);
2298                 chunk->map = map;
2299                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2300         }
2301 }
2302
2303 /*
2304  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
2305  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
2306  * and running.
2307  */
2308 static int __init percpu_enable_async(void)
2309 {
2310         pcpu_async_enabled = true;
2311         return 0;
2312 }
2313 subsys_initcall(percpu_enable_async);