mm/percpu-vm.c

   1 /*
   2  * mm/percpu-vm.c - vmalloc area based chunk allocation
   3  *
   4  * Copyright (C) 2010           SUSE Linux Products GmbH
   5  * Copyright (C) 2010           Tejun Heo <tj@kernel.org>
   6  *
   7  * This file is released under the GPLv2.
   8  *
   9  * Chunks are mapped into vmalloc areas and populated page by page.
  10  * This is the default chunk allocator.
  11  */
  12
  13 static struct page *pcpu_chunk_page(struct pcpu_chunk *chunk,
  14                                     unsigned int cpu, int page_idx)
  15 {
  16         /* must not be used on pre-mapped chunk */
  17         WARN_ON(chunk->immutable);
  18
  19         return vmalloc_to_page((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_idx));
  20 }
  21
  22 /**
  23  * pcpu_get_pages - get temp pages array
  24  * @chunk: chunk of interest
  25  *
  26  * Returns pointer to array of pointers to struct page which can be indexed
  27  * with pcpu_page_idx().  Note that there is only one array and accesses
  28  * should be serialized by pcpu_alloc_mutex.
  29  *
  30  * RETURNS:
  31  * Pointer to temp pages array on success.
  32  */
  33 static struct page **pcpu_get_pages(struct pcpu_chunk *chunk_alloc)
  34 {
  35         static struct page **pages;
  36         size_t pages_size = pcpu_nr_units * pcpu_unit_pages * sizeof(pages[0]);
  37
  38         lockdep_assert_held(&pcpu_alloc_mutex);
  39
  40         if (!pages)
  41                 pages = pcpu_mem_zalloc(pages_size);
  42         return pages;
  43 }
  44
  45 /**
  46  * pcpu_free_pages - free pages which were allocated for @chunk
  47  * @chunk: chunk pages were allocated for
  48  * @pages: array of pages to be freed, indexed by pcpu_page_idx()
  49  * @page_start: page index of the first page to be freed
  50  * @page_end: page index of the last page to be freed + 1
  51  *
  52  * Free pages [@page_start and @page_end) in @pages for all units.
  53  * The pages were allocated for @chunk.
  54  */
  55 static void pcpu_free_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
  56                             struct page **pages, int page_start, int page_end)
  57 {
  58         unsigned int cpu;
  59         int i;
  60
  61         for_each_possible_cpu(cpu) {
  62                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
  63                         struct page *page = pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
  64
  65                         if (page)
  66                                 __free_page(page);
  67                 }
  68         }
  69 }
  70
  71 /**
  72  * pcpu_alloc_pages - allocates pages for @chunk
  73  * @chunk: target chunk
  74  * @pages: array to put the allocated pages into, indexed by pcpu_page_idx()
  75  * @page_start: page index of the first page to be allocated
  76  * @page_end: page index of the last page to be allocated + 1
  77  *
  78  * Allocate pages [@page_start,@page_end) into @pages for all units.
  79  * The allocation is for @chunk.  Percpu core doesn't care about the
  80  * content of @pages and will pass it verbatim to pcpu_map_pages().
  81  */
  82 static int pcpu_alloc_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
  83                             struct page **pages, int page_start, int page_end)
  84 {
  85         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
  86         unsigned int cpu, tcpu;
  87         int i;
  88
  89         for_each_possible_cpu(cpu) {
  90                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
  91                         struct page **pagep = &pages[pcpu_page_idx(cpu, i)];
  92
  93                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu), gfp, 0);
  94                         if (!*pagep)
  95                                 goto err;
  96                 }
  97         }
  98         return 0;
  99
 100 err:
 101         while (--i >= page_start)
 102                 __free_page(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)]);
 103
 104         for_each_possible_cpu(tcpu) {
 105                 if (tcpu == cpu)
 106                         break;
 107                 for (i = page_start; i < page_end; i++)
 108                         __free_page(pages[pcpu_page_idx(tcpu, i)]);
 109         }
 110         return -ENOMEM;
 111 }
 112
 113 /**
 114  * pcpu_pre_unmap_flush - flush cache prior to unmapping
 115  * @chunk: chunk the regions to be flushed belongs to
 116  * @page_start: page index of the first page to be flushed
 117  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
 118  *
 119  * Pages in [@page_start,@page_end) of @chunk are about to be
 120  * unmapped.  Flush cache.  As each flushing trial can be very
 121  * expensive, issue flush on the whole region at once rather than
 122  * doing it for each cpu.  This could be an overkill but is more
 123  * scalable.
 124  */
 125 static void pcpu_pre_unmap_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
 126                                  int page_start, int page_end)
 127 {
 128         flush_cache_vunmap(
 129                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_low_unit_cpu, page_start),
 130                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_high_unit_cpu, page_end));
 131 }
 132
 133 static void __pcpu_unmap_pages(unsigned long addr, int nr_pages)
 134 {
 135         unmap_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT);
 136 }
 137
 138 /**
 139  * pcpu_unmap_pages - unmap pages out of a pcpu_chunk
 140  * @chunk: chunk of interest
 141  * @pages: pages array which can be used to pass information to free
 142  * @page_start: page index of the first page to unmap
 143  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
 144  *
 145  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
 146  * Corresponding elements in @pages were cleared by the caller and can
 147  * be used to carry information to pcpu_free_pages() which will be
 148  * called after all unmaps are finished.  The caller should call
 149  * proper pre/post flush functions.
 150  */
 151 static void pcpu_unmap_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
 152                              struct page **pages, int page_start, int page_end)
 153 {
 154         unsigned int cpu;
 155         int i;
 156
 157         for_each_possible_cpu(cpu) {
 158                 for (i = page_start; i < page_end; i++) {
 159                         struct page *page;
 160
 161                         page = pcpu_chunk_page(chunk, cpu, i);
 162                         WARN_ON(!page);
 163                         pages[pcpu_page_idx(cpu, i)] = page;
 164                 }
 165                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
 166                                    page_end - page_start);
 167         }
 168 }
 169
 170 /**
 171  * pcpu_post_unmap_tlb_flush - flush TLB after unmapping
 172  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
 173  * @page_start: page index of the first page to be flushed
 174  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
 175  *
 176  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been unmapped.  Flush
 177  * TLB for the regions.  This can be skipped if the area is to be
 178  * returned to vmalloc as vmalloc will handle TLB flushing lazily.
 179  *
 180  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
 181  * for the whole region.
 182  */
 183 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
 184                                       int page_start, int page_end)
 185 {
 186         flush_tlb_kernel_range(
 187                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_low_unit_cpu, page_start),
 188                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_high_unit_cpu, page_end));
 189 }
 190
 191 static int __pcpu_map_pages(unsigned long addr, struct page **pages,
 192                             int nr_pages)
 193 {
 194         return map_kernel_range_noflush(addr, nr_pages << PAGE_SHIFT,
 195                                         PAGE_KERNEL, pages);
 196 }
 197
 198 /**
 199  * pcpu_map_pages - map pages into a pcpu_chunk
 200  * @chunk: chunk of interest
 201  * @pages: pages array containing pages to be mapped
 202  * @page_start: page index of the first page to map
 203  * @page_end: page index of the last page to map + 1
 204  *
 205  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.  The
 206  * caller is responsible for calling pcpu_post_map_flush() after all
 207  * mappings are complete.
 208  *
 209  * This function is responsible for setting up whatever is necessary for
 210  * reverse lookup (addr -> chunk).
 211  */
 212 static int pcpu_map_pages(struct pcpu_chunk *chunk,
 213                           struct page **pages, int page_start, int page_end)
 214 {
 215         unsigned int cpu, tcpu;
 216         int i, err;
 217
 218         for_each_possible_cpu(cpu) {
 219                 err = __pcpu_map_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
 220                                        &pages[pcpu_page_idx(cpu, page_start)],
 221                                        page_end - page_start);
 222                 if (err < 0)
 223                         goto err;
 224
 225                 for (i = page_start; i < page_end; i++)
 226                         pcpu_set_page_chunk(pages[pcpu_page_idx(cpu, i)],
 227                                             chunk);
 228         }
 229         return 0;
 230 err:
 231         for_each_possible_cpu(tcpu) {
 232                 if (tcpu == cpu)
 233                         break;
 234                 __pcpu_unmap_pages(pcpu_chunk_addr(chunk, tcpu, page_start),
 235                                    page_end - page_start);
 236         }
 237         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, page_end);
 238         return err;
 239 }
 240
 241 /**
 242  * pcpu_post_map_flush - flush cache after mapping
 243  * @chunk: pcpu_chunk the regions to be flushed belong to
 244  * @page_start: page index of the first page to be flushed
 245  * @page_end: page index of the last page to be flushed + 1
 246  *
 247  * Pages [@page_start,@page_end) of @chunk have been mapped.  Flush
 248  * cache.
 249  *
 250  * As with pcpu_pre_unmap_flush(), TLB flushing also is done at once
 251  * for the whole region.
 252  */
 253 static void pcpu_post_map_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
 254                                 int page_start, int page_end)
 255 {
 256         flush_cache_vmap(
 257                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_low_unit_cpu, page_start),
 258                 pcpu_chunk_addr(chunk, pcpu_high_unit_cpu, page_end));
 259 }
 260
 261 /**
 262  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
 263  * @chunk: chunk of interest
 264  * @off: offset to the area to populate
 265  * @size: size of the area to populate in bytes
 266  *
 267  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
 268  * @chunk.  The area is cleared on return.
 269  *
 270  * CONTEXT:
 271  * pcpu_alloc_mutex, does GFP_KERNEL allocation.
 272  */
 273 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
 274 {
 275         int page_start = PFN_DOWN(off);
 276         int page_end = PFN_UP(off + size);
 277         int free_end = page_start, unmap_end = page_start;
 278         struct page **pages;
 279         unsigned int cpu;
 280         int rs, re, rc;
 281
 282         /* quick path, check whether all pages are already there */
 283         rs = page_start;
 284         pcpu_next_pop(chunk, &rs, &re, page_end);
 285         if (rs == page_start && re == page_end)
 286                 goto clear;
 287
 288         /* need to allocate and map pages, this chunk can't be immutable */
 289         WARN_ON(chunk->immutable);
 290
 291         pages = pcpu_get_pages(chunk);
 292         if (!pages)
 293                 return -ENOMEM;
 294
 295         /* alloc and map */
 296         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
 297                 rc = pcpu_alloc_pages(chunk, pages, rs, re);
 298                 if (rc)
 299                         goto err_free;
 300                 free_end = re;
 301         }
 302
 303         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
 304                 rc = pcpu_map_pages(chunk, pages, rs, re);
 305                 if (rc)
 306                         goto err_unmap;
 307                 unmap_end = re;
 308         }
 309         pcpu_post_map_flush(chunk, page_start, page_end);
 310
 311         bitmap_set(chunk->populated, page_start, page_end - page_start);
 312 clear:
 313         for_each_possible_cpu(cpu)
 314                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
 315         return 0;
 316
 317 err_unmap:
 318         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, unmap_end);
 319         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, unmap_end)
 320                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, rs, re);
 321         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk, page_start, unmap_end);
 322 err_free:
 323         pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, free_end)
 324                 pcpu_free_pages(chunk, pages, rs, re);
 325         return rc;
 326 }
 327
 328 /**
 329  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
 330  * @chunk: chunk to depopulate
 331  * @off: offset to the area to depopulate
 332  * @size: size of the area to depopulate in bytes
 333  *
 334  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
 335  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
 336  * and tlb after.
 337  *
 338  * CONTEXT:
 339  * pcpu_alloc_mutex.
 340  */
 341 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
 342 {
 343         int page_start = PFN_DOWN(off);
 344         int page_end = PFN_UP(off + size);
 345         struct page **pages;
 346         int rs, re;
 347
 348         /* quick path, check whether it's empty already */
 349         rs = page_start;
 350         pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, page_end);
 351         if (rs == page_start && re == page_end)
 352                 return;
 353
 354         /* immutable chunks can't be depopulated */
 355         WARN_ON(chunk->immutable);
 356
 357         /*
 358          * If control reaches here, there must have been at least one
 359          * successful population attempt so the temp pages array must
 360          * be available now.
 361          */
 362         pages = pcpu_get_pages(chunk);
 363         BUG_ON(!pages);
 364
 365         /* unmap and free */
 366         pcpu_pre_unmap_flush(chunk, page_start, page_end);
 367
 368         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
 369                 pcpu_unmap_pages(chunk, pages, rs, re);
 370
 371         /* no need to flush tlb, vmalloc will handle it lazily */
 372
 373         pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end)
 374                 pcpu_free_pages(chunk, pages, rs, re);
 375
 376         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, page_end - page_start);
 377 }
 378
 379 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void)
 380 {
 381         struct pcpu_chunk *chunk;
 382         struct vm_struct **vms;
 383
 384         chunk = pcpu_alloc_chunk();
 385         if (!chunk)
 386                 return NULL;
 387
 388         vms = pcpu_get_vm_areas(pcpu_group_offsets, pcpu_group_sizes,
 389                                 pcpu_nr_groups, pcpu_atom_size);
 390         if (!vms) {
 391                 pcpu_free_chunk(chunk);
 392                 return NULL;
 393         }
 394
 395         chunk->data = vms;
 396         chunk->base_addr = vms[0]->addr - pcpu_group_offsets[0];
 397         return chunk;
 398 }
 399
 400 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
 401 {
 402         if (chunk && chunk->data)
 403                 pcpu_free_vm_areas(chunk->data, pcpu_nr_groups);
 404         pcpu_free_chunk(chunk);
 405 }
 406
 407 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr)
 408 {
 409         return vmalloc_to_page(addr);
 410 }
 411
 412 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai)
 413 {
 414         /* no extra restriction */
 415         return 0;
 416 }