Merge remote-tracking branch 'lts/linux-4.4.y' into linux-linaro-lsk-v4.4
[firefly-linux-kernel-4.4.55.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
72 #include <asm/cacheflush.h>
73 #include <asm/sections.h>
74 #include <asm/tlbflush.h>
75 #include <asm/io.h>
76
77 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
78 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
79 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW      32
80 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH     64
81 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
82 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
83
84 #ifdef CONFIG_SMP
85 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
86 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
87 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
88         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
89                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
90                           (unsigned long)__per_cpu_start)
91 #endif
92 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
93 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
94         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
95                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
96                          (unsigned long)__per_cpu_start)
97 #endif
98 #else   /* CONFIG_SMP */
99 /* on UP, it's always identity mapped */
100 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
101 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
102 #endif  /* CONFIG_SMP */
103
104 struct pcpu_chunk {
105         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
106         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
107         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
108         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
109
110         int                     map_used;       /* # of map entries used before the sentry */
111         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
112         int                     *map;           /* allocation map */
113         struct list_head        map_extend_list;/* on pcpu_map_extend_chunks */
114
115         void                    *data;          /* chunk data */
116         int                     first_free;     /* no free below this */
117         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
118         int                     nr_populated;   /* # of populated pages */
119         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
120 };
121
122 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
123 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
124 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
125 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
126 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
127 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
128
129 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
130 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __read_mostly;
131 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __read_mostly;
132
133 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
134 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
135 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
136
137 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
138 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
139
140 /* group information, used for vm allocation */
141 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
142 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
143 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
144
145 /*
146  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
147  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
148  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
149  */
150 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
151
152 /*
153  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
154  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
155  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
156  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
157  * respectively.
158  */
159 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
160 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
161
162 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* all internal data structures */
163 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
164
165 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
166
167 /* chunks which need their map areas extended, protected by pcpu_lock */
168 static LIST_HEAD(pcpu_map_extend_chunks);
169
170 /*
171  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.  The
172  * reserved chunk doesn't contribute to the count.
173  */
174 static int pcpu_nr_empty_pop_pages;
175
176 /*
177  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
178  * try to keep the number of populated free pages between
179  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
180  * empty chunk.
181  */
182 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
183 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
184 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
185 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
186
187 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
188 {
189         if (pcpu_async_enabled)
190                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
191 }
192
193 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
194 {
195         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
196
197         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
198 }
199
200 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
201 {
202         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
203
204         return addr >= first_start &&
205                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
206 }
207
208 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
209 {
210         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
211         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
212 }
213
214 static int pcpu_size_to_slot(int size)
215 {
216         if (size == pcpu_unit_size)
217                 return pcpu_nr_slots - 1;
218         return __pcpu_size_to_slot(size);
219 }
220
221 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
222 {
223         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
224                 return 0;
225
226         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
227 }
228
229 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
230 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
231 {
232         page->index = (unsigned long)pcpu;
233 }
234
235 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
236 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
237 {
238         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
239 }
240
241 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
242 {
243         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
244 }
245
246 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
247                                      unsigned int cpu, int page_idx)
248 {
249         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
250                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
251 }
252
253 static void __maybe_unused pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk,
254                                            int *rs, int *re, int end)
255 {
256         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
257         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
258 }
259
260 static void __maybe_unused pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk,
261                                          int *rs, int *re, int end)
262 {
263         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
264         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
265 }
266
267 /*
268  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
269  * page regions between @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
270  * be integer variables and will be set to start and end page index of
271  * the current region.
272  */
273 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
274         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
275              (rs) < (re);                                                   \
276              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
277
278 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
279         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
280              (rs) < (re);                                                   \
281              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
282
283 /**
284  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
285  * @size: bytes to allocate
286  *
287  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
288  * kzalloc() is used; otherwise, vzalloc() is used.  The returned
289  * memory is always zeroed.
290  *
291  * CONTEXT:
292  * Does GFP_KERNEL allocation.
293  *
294  * RETURNS:
295  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
296  */
297 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size)
298 {
299         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
300                 return NULL;
301
302         if (size <= PAGE_SIZE)
303                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
304         else
305                 return vzalloc(size);
306 }
307
308 /**
309  * pcpu_mem_free - free memory
310  * @ptr: memory to free
311  * @size: size of the area
312  *
313  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
314  */
315 static void pcpu_mem_free(void *ptr, size_t size)
316 {
317         if (size <= PAGE_SIZE)
318                 kfree(ptr);
319         else
320                 vfree(ptr);
321 }
322
323 /**
324  * pcpu_count_occupied_pages - count the number of pages an area occupies
325  * @chunk: chunk of interest
326  * @i: index of the area in question
327  *
328  * Count the number of pages chunk's @i'th area occupies.  When the area's
329  * start and/or end address isn't aligned to page boundary, the straddled
330  * page is included in the count iff the rest of the page is free.
331  */
332 static int pcpu_count_occupied_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int i)
333 {
334         int off = chunk->map[i] & ~1;
335         int end = chunk->map[i + 1] & ~1;
336
337         if (!PAGE_ALIGNED(off) && i > 0) {
338                 int prev = chunk->map[i - 1];
339
340                 if (!(prev & 1) && prev <= round_down(off, PAGE_SIZE))
341                         off = round_down(off, PAGE_SIZE);
342         }
343
344         if (!PAGE_ALIGNED(end) && i + 1 < chunk->map_used) {
345                 int next = chunk->map[i + 1];
346                 int nend = chunk->map[i + 2] & ~1;
347
348                 if (!(next & 1) && nend >= round_up(end, PAGE_SIZE))
349                         end = round_up(end, PAGE_SIZE);
350         }
351
352         return max_t(int, PFN_DOWN(end) - PFN_UP(off), 0);
353 }
354
355 /**
356  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
357  * @chunk: chunk of interest
358  * @oslot: the previous slot it was on
359  *
360  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
361  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
362  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
363  * chunk slots.
364  *
365  * CONTEXT:
366  * pcpu_lock.
367  */
368 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
369 {
370         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
371
372         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
373                 if (oslot < nslot)
374                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
375                 else
376                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
377         }
378 }
379
380 /**
381  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
382  * @chunk: chunk of interest
383  * @is_atomic: the allocation context
384  *
385  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended.  If
386  * @is_atomic, only the amount necessary for a new allocation is
387  * considered; however, async extension is scheduled if the left amount is
388  * low.  If !@is_atomic, it aims for more empty space.  Combined, this
389  * ensures that the map is likely to have enough available space to
390  * accomodate atomic allocations which can't extend maps directly.
391  *
392  * CONTEXT:
393  * pcpu_lock.
394  *
395  * RETURNS:
396  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
397  * otherwise.
398  */
399 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk, bool is_atomic)
400 {
401         int margin, new_alloc;
402
403         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
404
405         if (is_atomic) {
406                 margin = 3;
407
408                 if (chunk->map_alloc <
409                     chunk->map_used + PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW) {
410                         if (list_empty(&chunk->map_extend_list)) {
411                                 list_add_tail(&chunk->map_extend_list,
412                                               &pcpu_map_extend_chunks);
413                                 pcpu_schedule_balance_work();
414                         }
415                 }
416         } else {
417                 margin = PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH;
418         }
419
420         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + margin)
421                 return 0;
422
423         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
424         while (new_alloc < chunk->map_used + margin)
425                 new_alloc *= 2;
426
427         return new_alloc;
428 }
429
430 /**
431  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
432  * @chunk: chunk of interest
433  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
434  *
435  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
436  *
437  * CONTEXT:
438  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
439  *
440  * RETURNS:
441  * 0 on success, -errno on failure.
442  */
443 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
444 {
445         int *old = NULL, *new = NULL;
446         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
447         unsigned long flags;
448
449         lockdep_assert_held(&pcpu_alloc_mutex);
450
451         new = pcpu_mem_zalloc(new_size);
452         if (!new)
453                 return -ENOMEM;
454
455         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
456         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
457
458         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
459                 goto out_unlock;
460
461         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
462         old = chunk->map;
463
464         memcpy(new, old, old_size);
465
466         chunk->map_alloc = new_alloc;
467         chunk->map = new;
468         new = NULL;
469
470 out_unlock:
471         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
472
473         /*
474          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
475          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
476          */
477         pcpu_mem_free(old, old_size);
478         pcpu_mem_free(new, new_size);
479
480         return 0;
481 }
482
483 /**
484  * pcpu_fit_in_area - try to fit the requested allocation in a candidate area
485  * @chunk: chunk the candidate area belongs to
486  * @off: the offset to the start of the candidate area
487  * @this_size: the size of the candidate area
488  * @size: the size of the target allocation
489  * @align: the alignment of the target allocation
490  * @pop_only: only allocate from already populated region
491  *
492  * We're trying to allocate @size bytes aligned at @align.  @chunk's area
493  * at @off sized @this_size is a candidate.  This function determines
494  * whether the target allocation fits in the candidate area and returns the
495  * number of bytes to pad after @off.  If the target area doesn't fit, -1
496  * is returned.
497  *
498  * If @pop_only is %true, this function only considers the already
499  * populated part of the candidate area.
500  */
501 static int pcpu_fit_in_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int this_size,
502                             int size, int align, bool pop_only)
503 {
504         int cand_off = off;
505
506         while (true) {
507                 int head = ALIGN(cand_off, align) - off;
508                 int page_start, page_end, rs, re;
509
510                 if (this_size < head + size)
511                         return -1;
512
513                 if (!pop_only)
514                         return head;
515
516                 /*
517                  * If the first unpopulated page is beyond the end of the
518                  * allocation, the whole allocation is populated;
519                  * otherwise, retry from the end of the unpopulated area.
520                  */
521                 page_start = PFN_DOWN(head + off);
522                 page_end = PFN_UP(head + off + size);
523
524                 rs = page_start;
525                 pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, PFN_UP(off + this_size));
526                 if (rs >= page_end)
527                         return head;
528                 cand_off = re * PAGE_SIZE;
529         }
530 }
531
532 /**
533  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
534  * @chunk: chunk of interest
535  * @size: wanted size in bytes
536  * @align: wanted align
537  * @pop_only: allocate only from the populated area
538  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
539  *
540  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
541  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
542  * populate or map the area.
543  *
544  * @chunk->map must have at least two free slots.
545  *
546  * CONTEXT:
547  * pcpu_lock.
548  *
549  * RETURNS:
550  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
551  * found.
552  */
553 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align,
554                            bool pop_only, int *occ_pages_p)
555 {
556         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
557         int max_contig = 0;
558         int i, off;
559         bool seen_free = false;
560         int *p;
561
562         for (i = chunk->first_free, p = chunk->map + i; i < chunk->map_used; i++, p++) {
563                 int head, tail;
564                 int this_size;
565
566                 off = *p;
567                 if (off & 1)
568                         continue;
569
570                 this_size = (p[1] & ~1) - off;
571
572                 head = pcpu_fit_in_area(chunk, off, this_size, size, align,
573                                         pop_only);
574                 if (head < 0) {
575                         if (!seen_free) {
576                                 chunk->first_free = i;
577                                 seen_free = true;
578                         }
579                         max_contig = max(this_size, max_contig);
580                         continue;
581                 }
582
583                 /*
584                  * If head is small or the previous block is free,
585                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
586                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
587                  * uncommon for percpu allocations.
588                  */
589                 if (head && (head < sizeof(int) || !(p[-1] & 1))) {
590                         *p = off += head;
591                         if (p[-1] & 1)
592                                 chunk->free_size -= head;
593                         else
594                                 max_contig = max(*p - p[-1], max_contig);
595                         this_size -= head;
596                         head = 0;
597                 }
598
599                 /* if tail is small, just keep it around */
600                 tail = this_size - head - size;
601                 if (tail < sizeof(int)) {
602                         tail = 0;
603                         size = this_size - head;
604                 }
605
606                 /* split if warranted */
607                 if (head || tail) {
608                         int nr_extra = !!head + !!tail;
609
610                         /* insert new subblocks */
611                         memmove(p + nr_extra + 1, p + 1,
612                                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
613                         chunk->map_used += nr_extra;
614
615                         if (head) {
616                                 if (!seen_free) {
617                                         chunk->first_free = i;
618                                         seen_free = true;
619                                 }
620                                 *++p = off += head;
621                                 ++i;
622                                 max_contig = max(head, max_contig);
623                         }
624                         if (tail) {
625                                 p[1] = off + size;
626                                 max_contig = max(tail, max_contig);
627                         }
628                 }
629
630                 if (!seen_free)
631                         chunk->first_free = i + 1;
632
633                 /* update hint and mark allocated */
634                 if (i + 1 == chunk->map_used)
635                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
636                 else
637                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
638                                                  max_contig);
639
640                 chunk->free_size -= size;
641                 *p |= 1;
642
643                 *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
644                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
645                 return off;
646         }
647
648         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
649         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
650
651         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
652         return -1;
653 }
654
655 /**
656  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
657  * @chunk: chunk of interest
658  * @freeme: offset of area to free
659  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
660  *
661  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
662  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
663  * the area.
664  *
665  * CONTEXT:
666  * pcpu_lock.
667  */
668 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme,
669                            int *occ_pages_p)
670 {
671         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
672         int off = 0;
673         unsigned i, j;
674         int to_free = 0;
675         int *p;
676
677         freeme |= 1;    /* we are searching for <given offset, in use> pair */
678
679         i = 0;
680         j = chunk->map_used;
681         while (i != j) {
682                 unsigned k = (i + j) / 2;
683                 off = chunk->map[k];
684                 if (off < freeme)
685                         i = k + 1;
686                 else if (off > freeme)
687                         j = k;
688                 else
689                         i = j = k;
690         }
691         BUG_ON(off != freeme);
692
693         if (i < chunk->first_free)
694                 chunk->first_free = i;
695
696         p = chunk->map + i;
697         *p = off &= ~1;
698         chunk->free_size += (p[1] & ~1) - off;
699
700         *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
701
702         /* merge with next? */
703         if (!(p[1] & 1))
704                 to_free++;
705         /* merge with previous? */
706         if (i > 0 && !(p[-1] & 1)) {
707                 to_free++;
708                 i--;
709                 p--;
710         }
711         if (to_free) {
712                 chunk->map_used -= to_free;
713                 memmove(p + 1, p + 1 + to_free,
714                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
715         }
716
717         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i + 1] - chunk->map[i] - 1, chunk->contig_hint);
718         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
719 }
720
721 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(void)
722 {
723         struct pcpu_chunk *chunk;
724
725         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size);
726         if (!chunk)
727                 return NULL;
728
729         chunk->map = pcpu_mem_zalloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC *
730                                                 sizeof(chunk->map[0]));
731         if (!chunk->map) {
732                 pcpu_mem_free(chunk, pcpu_chunk_struct_size);
733                 return NULL;
734         }
735
736         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
737         chunk->map[0] = 0;
738         chunk->map[1] = pcpu_unit_size | 1;
739         chunk->map_used = 1;
740
741         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
742         INIT_LIST_HEAD(&chunk->map_extend_list);
743         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
744         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
745
746         return chunk;
747 }
748
749 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
750 {
751         if (!chunk)
752                 return;
753         pcpu_mem_free(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]));
754         pcpu_mem_free(chunk, pcpu_chunk_struct_size);
755 }
756
757 /**
758  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
759  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
760  * @page_start: the start page
761  * @page_end: the end page
762  *
763  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
764  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
765  * successful population.
766  */
767 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk,
768                                  int page_start, int page_end)
769 {
770         int nr = page_end - page_start;
771
772         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
773
774         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
775         chunk->nr_populated += nr;
776         pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
777 }
778
779 /**
780  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
781  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
782  * @page_start: the start page
783  * @page_end: the end page
784  *
785  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
786  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
787  * each successful depopulation.
788  */
789 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
790                                    int page_start, int page_end)
791 {
792         int nr = page_end - page_start;
793
794         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
795
796         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
797         chunk->nr_populated -= nr;
798         pcpu_nr_empty_pop_pages -= nr;
799 }
800
801 /*
802  * Chunk management implementation.
803  *
804  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
805  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
806  * into this file and compiled together.  The following functions
807  * should be implemented.
808  *
809  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
810  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
811  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
812  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
813  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
814  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
815  */
816 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
817 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
818 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void);
819 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
820 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
821 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
822
823 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
824 #include "percpu-km.c"
825 #else
826 #include "percpu-vm.c"
827 #endif
828
829 /**
830  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
831  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
832  *
833  * RETURNS:
834  * The address of the found chunk.
835  */
836 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
837 {
838         /* is it in the first chunk? */
839         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
840                 /* is it in the reserved area? */
841                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
842                         return pcpu_reserved_chunk;
843                 return pcpu_first_chunk;
844         }
845
846         /*
847          * The address is relative to unit0 which might be unused and
848          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
849          * current processor before looking it up in the vmalloc
850          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
851          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
852          */
853         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
854         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
855 }
856
857 /**
858  * pcpu_alloc - the percpu allocator
859  * @size: size of area to allocate in bytes
860  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
861  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
862  * @gfp: allocation flags
863  *
864  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
865  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic.
866  *
867  * RETURNS:
868  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
869  */
870 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
871                                  gfp_t gfp)
872 {
873         static int warn_limit = 10;
874         struct pcpu_chunk *chunk;
875         const char *err;
876         bool is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
877         int occ_pages = 0;
878         int slot, off, new_alloc, cpu, ret;
879         unsigned long flags;
880         void __percpu *ptr;
881
882         /*
883          * We want the lowest bit of offset available for in-use/free
884          * indicator, so force >= 16bit alignment and make size even.
885          */
886         if (unlikely(align < 2))
887                 align = 2;
888
889         size = ALIGN(size, 2);
890
891         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
892                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
893                      "percpu allocation\n", size, align);
894                 return NULL;
895         }
896
897         if (!is_atomic)
898                 mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
899
900         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
901
902         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
903         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
904                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
905
906                 if (size > chunk->contig_hint) {
907                         err = "alloc from reserved chunk failed";
908                         goto fail_unlock;
909                 }
910
911                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic))) {
912                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
913                         if (is_atomic ||
914                             pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
915                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
916                                 goto fail;
917                         }
918                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
919                 }
920
921                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
922                                       &occ_pages);
923                 if (off >= 0)
924                         goto area_found;
925
926                 err = "alloc from reserved chunk failed";
927                 goto fail_unlock;
928         }
929
930 restart:
931         /* search through normal chunks */
932         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
933                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
934                         if (size > chunk->contig_hint)
935                                 continue;
936
937                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic);
938                         if (new_alloc) {
939                                 if (is_atomic)
940                                         continue;
941                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
942                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
943                                                          new_alloc) < 0) {
944                                         err = "failed to extend area map";
945                                         goto fail;
946                                 }
947                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
948                                 /*
949                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
950                                  * restart cpu_slot list walking.
951                                  */
952                                 goto restart;
953                         }
954
955                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
956                                               &occ_pages);
957                         if (off >= 0)
958                                 goto area_found;
959                 }
960         }
961
962         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
963
964         /*
965          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
966          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
967          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
968          */
969         if (is_atomic)
970                 goto fail;
971
972         if (list_empty(&pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1])) {
973                 chunk = pcpu_create_chunk();
974                 if (!chunk) {
975                         err = "failed to allocate new chunk";
976                         goto fail;
977                 }
978
979                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
980                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
981         } else {
982                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
983         }
984
985         goto restart;
986
987 area_found:
988         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
989
990         /* populate if not all pages are already there */
991         if (!is_atomic) {
992                 int page_start, page_end, rs, re;
993
994                 page_start = PFN_DOWN(off);
995                 page_end = PFN_UP(off + size);
996
997                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
998                         WARN_ON(chunk->immutable);
999
1000                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re);
1001
1002                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1003                         if (ret) {
1004                                 pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1005                                 err = "failed to populate";
1006                                 goto fail_unlock;
1007                         }
1008                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1009                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1010                 }
1011
1012                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1013         }
1014
1015         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
1016                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1017                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= occ_pages;
1018                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1019         }
1020
1021         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1022                 pcpu_schedule_balance_work();
1023
1024         /* clear the areas and return address relative to base address */
1025         for_each_possible_cpu(cpu)
1026                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1027
1028         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1029         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1030         return ptr;
1031
1032 fail_unlock:
1033         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1034 fail:
1035         if (!is_atomic && warn_limit) {
1036                 pr_warning("PERCPU: allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1037                            size, align, is_atomic, err);
1038                 dump_stack();
1039                 if (!--warn_limit)
1040                         pr_info("PERCPU: limit reached, disable warning\n");
1041         }
1042         if (is_atomic) {
1043                 /* see the flag handling in pcpu_blance_workfn() */
1044                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1045                 pcpu_schedule_balance_work();
1046         } else {
1047                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1048         }
1049         return NULL;
1050 }
1051
1052 /**
1053  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1054  * @size: size of area to allocate in bytes
1055  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1056  * @gfp: allocation flags
1057  *
1058  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1059  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1060  * be called from any context but is a lot more likely to fail.
1061  *
1062  * RETURNS:
1063  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1064  */
1065 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1066 {
1067         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1068 }
1069 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1070
1071 /**
1072  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1073  * @size: size of area to allocate in bytes
1074  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1075  *
1076  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1077  */
1078 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1079 {
1080         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1081 }
1082 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1083
1084 /**
1085  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1086  * @size: size of area to allocate in bytes
1087  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1088  *
1089  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1090  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1091  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1092  * Might trigger writeouts.
1093  *
1094  * CONTEXT:
1095  * Does GFP_KERNEL allocation.
1096  *
1097  * RETURNS:
1098  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1099  */
1100 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1101 {
1102         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1103 }
1104
1105 /**
1106  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
1107  * @work: unused
1108  *
1109  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1110  */
1111 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
1112 {
1113         LIST_HEAD(to_free);
1114         struct list_head *free_head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1115         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1116         int slot, nr_to_pop, ret;
1117
1118         /*
1119          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1120          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1121          */
1122         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1123         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1124
1125         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1126                 WARN_ON(chunk->immutable);
1127
1128                 /* spare the first one */
1129                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
1130                         continue;
1131
1132                 list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1133                 list_move(&chunk->list, &to_free);
1134         }
1135
1136         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1137
1138         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
1139                 int rs, re;
1140
1141                 pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1142                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
1143                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1144                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
1145                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1146                 }
1147                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1148         }
1149
1150         /* service chunks which requested async area map extension */
1151         do {
1152                 int new_alloc = 0;
1153
1154                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1155
1156                 chunk = list_first_entry_or_null(&pcpu_map_extend_chunks,
1157                                         struct pcpu_chunk, map_extend_list);
1158                 if (chunk) {
1159                         list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1160                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, false);
1161                 }
1162
1163                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1164
1165                 if (new_alloc)
1166                         pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc);
1167         } while (chunk);
1168
1169         /*
1170          * Ensure there are certain number of free populated pages for
1171          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
1172          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
1173          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
1174          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
1175          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
1176          * something we support properly and can be highly unreliable and
1177          * inefficient.
1178          */
1179 retry_pop:
1180         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
1181                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
1182                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
1183                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
1184         } else {
1185                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
1186                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
1187                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
1188         }
1189
1190         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1191                 int nr_unpop = 0, rs, re;
1192
1193                 if (!nr_to_pop)
1194                         break;
1195
1196                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1197                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1198                         nr_unpop = pcpu_unit_pages - chunk->nr_populated;
1199                         if (nr_unpop)
1200                                 break;
1201                 }
1202                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1203
1204                 if (!nr_unpop)
1205                         continue;
1206
1207                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
1208                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1209                         int nr = min(re - rs, nr_to_pop);
1210
1211                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr);
1212                         if (!ret) {
1213                                 nr_to_pop -= nr;
1214                                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1215                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
1216                                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1217                         } else {
1218                                 nr_to_pop = 0;
1219                         }
1220
1221                         if (!nr_to_pop)
1222                                 break;
1223                 }
1224         }
1225
1226         if (nr_to_pop) {
1227                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
1228                 chunk = pcpu_create_chunk();
1229                 if (chunk) {
1230                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1231                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1232                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1233                         goto retry_pop;
1234                 }
1235         }
1236
1237         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1238 }
1239
1240 /**
1241  * free_percpu - free percpu area
1242  * @ptr: pointer to area to free
1243  *
1244  * Free percpu area @ptr.
1245  *
1246  * CONTEXT:
1247  * Can be called from atomic context.
1248  */
1249 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1250 {
1251         void *addr;
1252         struct pcpu_chunk *chunk;
1253         unsigned long flags;
1254         int off, occ_pages;
1255
1256         if (!ptr)
1257                 return;
1258
1259         kmemleak_free_percpu(ptr);
1260
1261         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1262
1263         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1264
1265         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1266         off = addr - chunk->base_addr;
1267
1268         pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1269
1270         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
1271                 pcpu_nr_empty_pop_pages += occ_pages;
1272
1273         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1274         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1275                 struct pcpu_chunk *pos;
1276
1277                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1278                         if (pos != chunk) {
1279                                 pcpu_schedule_balance_work();
1280                                 break;
1281                         }
1282         }
1283
1284         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1285 }
1286 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1287
1288 /**
1289  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1290  * @addr: address to test
1291  *
1292  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1293  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1294  * is_module_percpu_address().
1295  *
1296  * RETURNS:
1297  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1298  */
1299 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1300 {
1301 #ifdef CONFIG_SMP
1302         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1303         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1304         unsigned int cpu;
1305
1306         for_each_possible_cpu(cpu) {
1307                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1308
1309                 if ((void *)addr >= start && (void *)addr < start + static_size)
1310                         return true;
1311         }
1312 #endif
1313         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
1314         return false;
1315 }
1316
1317 /**
1318  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1319  * @addr: the address to be converted to physical address
1320  *
1321  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1322  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1323  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1324  * until this function finishes.
1325  *
1326  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
1327  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
1328  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
1329  * km) provides translation.
1330  *
1331  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
1332  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
1333  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
1334  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
1335  * code.
1336  *
1337  * RETURNS:
1338  * The physical address for @addr.
1339  */
1340 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1341 {
1342         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1343         bool in_first_chunk = false;
1344         unsigned long first_low, first_high;
1345         unsigned int cpu;
1346
1347         /*
1348          * The following test on unit_low/high isn't strictly
1349          * necessary but will speed up lookups of addresses which
1350          * aren't in the first chunk.
1351          */
1352         first_low = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_low_unit_cpu, 0);
1353         first_high = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_high_unit_cpu,
1354                                      pcpu_unit_pages);
1355         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
1356             (unsigned long)addr < first_high) {
1357                 for_each_possible_cpu(cpu) {
1358                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1359
1360                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
1361                                 in_first_chunk = true;
1362                                 break;
1363                         }
1364                 }
1365         }
1366
1367         if (in_first_chunk) {
1368                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
1369                         return __pa(addr);
1370                 else
1371                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
1372                                offset_in_page(addr);
1373         } else
1374                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
1375                        offset_in_page(addr);
1376 }
1377
1378 /**
1379  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1380  * @nr_groups: the number of groups
1381  * @nr_units: the number of units
1382  *
1383  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1384  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1385  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1386  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1387  * pointer of other groups.
1388  *
1389  * RETURNS:
1390  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1391  * failure.
1392  */
1393 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1394                                                       int nr_units)
1395 {
1396         struct pcpu_alloc_info *ai;
1397         size_t base_size, ai_size;
1398         void *ptr;
1399         int unit;
1400
1401         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1402                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1403         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1404
1405         ptr = memblock_virt_alloc_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size), 0);
1406         if (!ptr)
1407                 return NULL;
1408         ai = ptr;
1409         ptr += base_size;
1410
1411         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1412
1413         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1414                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1415
1416         ai->nr_groups = nr_groups;
1417         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1418
1419         return ai;
1420 }
1421
1422 /**
1423  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1424  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1425  *
1426  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1427  */
1428 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1429 {
1430         memblock_free_early(__pa(ai), ai->__ai_size);
1431 }
1432
1433 /**
1434  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1435  * @lvl: loglevel
1436  * @ai: allocation info to dump
1437  *
1438  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1439  */
1440 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1441                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1442 {
1443         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1444         char empty_str[] = "--------";
1445         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1446         int group, v;
1447         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1448
1449         v = ai->nr_groups;
1450         while (v /= 10)
1451                 group_width++;
1452
1453         v = num_possible_cpus();
1454         while (v /= 10)
1455                 cpu_width++;
1456         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1457
1458         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1459         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1460         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1461
1462         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1463                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1464                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1465
1466         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1467                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1468                 int unit = 0, unit_end = 0;
1469
1470                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1471                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1472                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1473                         if (!(alloc % apl)) {
1474                                 printk(KERN_CONT "\n");
1475                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1476                         }
1477                         printk(KERN_CONT "[%0*d] ", group_width, group);
1478
1479                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1480                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1481                                         printk(KERN_CONT "%0*d ", cpu_width,
1482                                                gi->cpu_map[unit]);
1483                                 else
1484                                         printk(KERN_CONT "%s ", empty_str);
1485                 }
1486         }
1487         printk(KERN_CONT "\n");
1488 }
1489
1490 /**
1491  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1492  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1493  * @base_addr: mapped address
1494  *
1495  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1496  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1497  * setup path.
1498  *
1499  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1500  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1501  *
1502  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1503  *
1504  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1505  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1506  * the first chunk such that it's available only through reserved
1507  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1508  * static areas on architectures where the addressing model has
1509  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1510  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1511  *
1512  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1513  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1514  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1515  *
1516  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1517  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1518  * @ai->dyn_size.
1519  *
1520  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1521  * for vm areas.
1522  *
1523  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1524  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1525  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1526  *
1527  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1528  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1529  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1530  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1531  * all units is assumed.
1532  *
1533  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1534  * copied static data to each unit.
1535  *
1536  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1537  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1538  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1539  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1540  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1541  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1542  *
1543  * RETURNS:
1544  * 0 on success, -errno on failure.
1545  */
1546 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1547                                   void *base_addr)
1548 {
1549         static int smap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1550         static int dmap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1551         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1552         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1553         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1554         unsigned long *group_offsets;
1555         size_t *group_sizes;
1556         unsigned long *unit_off;
1557         unsigned int cpu;
1558         int *unit_map;
1559         int group, unit, i;
1560
1561 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1562         if (unlikely(cond)) {                                           \
1563                 pr_emerg("PERCPU: failed to initialize, %s", #cond);    \
1564                 pr_emerg("PERCPU: cpu_possible_mask=%*pb\n",            \
1565                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
1566                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1567                 BUG();                                                  \
1568         }                                                               \
1569 } while (0)
1570
1571         /* sanity checks */
1572         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1573 #ifdef CONFIG_SMP
1574         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1575         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
1576 #endif
1577         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1578         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
1579         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1580         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
1581         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1582         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
1583         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
1584
1585         /* process group information and build config tables accordingly */
1586         group_offsets = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1587                                              sizeof(group_offsets[0]), 0);
1588         group_sizes = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1589                                            sizeof(group_sizes[0]), 0);
1590         unit_map = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]), 0);
1591         unit_off = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]), 0);
1592
1593         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1594                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1595
1596         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
1597         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
1598
1599         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1600                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1601
1602                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1603                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1604
1605                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1606                         cpu = gi->cpu_map[i];
1607                         if (cpu == NR_CPUS)
1608                                 continue;
1609
1610                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
1611                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1612                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1613
1614                         unit_map[cpu] = unit + i;
1615                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1616
1617                         /* determine low/high unit_cpu */
1618                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
1619                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
1620                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
1621                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
1622                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
1623                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
1624                 }
1625         }
1626         pcpu_nr_units = unit;
1627
1628         for_each_possible_cpu(cpu)
1629                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1630
1631         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1632 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1633         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1634
1635         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1636         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1637         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1638         pcpu_unit_map = unit_map;
1639         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1640
1641         /* determine basic parameters */
1642         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1643         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1644         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1645         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1646                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1647
1648         /*
1649          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1650          * empty chunks.
1651          */
1652         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1653         pcpu_slot = memblock_virt_alloc(
1654                         pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]), 0);
1655         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1656                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1657
1658         /*
1659          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1660          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1661          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1662          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1663          * static percpu allocation).
1664          */
1665         schunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1666         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1667         INIT_LIST_HEAD(&schunk->map_extend_list);
1668         schunk->base_addr = base_addr;
1669         schunk->map = smap;
1670         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1671         schunk->immutable = true;
1672         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1673         schunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1674
1675         if (ai->reserved_size) {
1676                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1677                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1678                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1679         } else {
1680                 schunk->free_size = dyn_size;
1681                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1682         }
1683         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1684
1685         schunk->map[0] = 1;
1686         schunk->map[1] = ai->static_size;
1687         schunk->map_used = 1;
1688         if (schunk->free_size)
1689                 schunk->map[++schunk->map_used] = ai->static_size + schunk->free_size;
1690         schunk->map[schunk->map_used] |= 1;
1691
1692         /* init dynamic chunk if necessary */
1693         if (dyn_size) {
1694                 dchunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1695                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1696                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->map_extend_list);
1697                 dchunk->base_addr = base_addr;
1698                 dchunk->map = dmap;
1699                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1700                 dchunk->immutable = true;
1701                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1702                 dchunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1703
1704                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1705                 dchunk->map[0] = 1;
1706                 dchunk->map[1] = pcpu_reserved_chunk_limit;
1707                 dchunk->map[2] = (pcpu_reserved_chunk_limit + dchunk->free_size) | 1;
1708                 dchunk->map_used = 2;
1709         }
1710
1711         /* link the first chunk in */
1712         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1713         pcpu_nr_empty_pop_pages +=
1714                 pcpu_count_occupied_pages(pcpu_first_chunk, 1);
1715         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1716
1717         /* we're done */
1718         pcpu_base_addr = base_addr;
1719         return 0;
1720 }
1721
1722 #ifdef CONFIG_SMP
1723
1724 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
1725         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1726         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1727         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1728 };
1729
1730 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1731
1732 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1733 {
1734         if (!str)
1735                 return -EINVAL;
1736
1737         if (0)
1738                 /* nada */;
1739 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1740         else if (!strcmp(str, "embed"))
1741                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1742 #endif
1743 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1744         else if (!strcmp(str, "page"))
1745                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1746 #endif
1747         else
1748                 pr_warning("PERCPU: unknown allocator %s specified\n", str);
1749
1750         return 0;
1751 }
1752 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1753
1754 /*
1755  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
1756  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
1757  * to be used.
1758  */
1759 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1760         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1761 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
1762 #endif
1763
1764 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
1765 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
1766 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
1767 #endif
1768
1769 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
1770 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
1771 /**
1772  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1773  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1774  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1775  * @atom_size: allocation atom size
1776  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1777  *
1778  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1779  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1780  * atom size and distances between CPUs.
1781  *
1782  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
1783  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1784  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1785  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1786  * of allocated virtual address space.
1787  *
1788  * RETURNS:
1789  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1790  * failure, ERR_PTR value is returned.
1791  */
1792 static struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1793                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1794                                 size_t atom_size,
1795                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1796 {
1797         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1798         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1799         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1800         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
1801         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1802         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1803         int last_allocs, group, unit;
1804         unsigned int cpu, tcpu;
1805         struct pcpu_alloc_info *ai;
1806         unsigned int *cpu_map;
1807
1808         /* this function may be called multiple times */
1809         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1810         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
1811
1812         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
1813         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1814                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
1815         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
1816
1817         /*
1818          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1819          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1820          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
1821          * or larger than min_unit_size.
1822          */
1823         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1824
1825         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1826         upa = alloc_size / min_unit_size;
1827         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1828                 upa--;
1829         max_upa = upa;
1830
1831         /* group cpus according to their proximity */
1832         for_each_possible_cpu(cpu) {
1833                 group = 0;
1834         next_group:
1835                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1836                         if (cpu == tcpu)
1837                                 break;
1838                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1839                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1840                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1841                                 group++;
1842                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1843                                 goto next_group;
1844                         }
1845                 }
1846                 group_map[cpu] = group;
1847                 group_cnt[group]++;
1848         }
1849
1850         /*
1851          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1852          * and then as much as possible without using more address
1853          * space.
1854          */
1855         last_allocs = INT_MAX;
1856         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1857                 int allocs = 0, wasted = 0;
1858
1859                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1860                         continue;
1861
1862                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1863                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1864                         allocs += this_allocs;
1865                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1866                 }
1867
1868                 /*
1869                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
1870                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1871                  * passes the following check.
1872                  */
1873                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1874                         continue;
1875
1876                 /* and then don't consume more memory */
1877                 if (allocs > last_allocs)
1878                         break;
1879                 last_allocs = allocs;
1880                 best_upa = upa;
1881         }
1882         upa = best_upa;
1883
1884         /* allocate and fill alloc_info */
1885         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1886                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1887
1888         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1889         if (!ai)
1890                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1891         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1892
1893         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1894                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1895                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1896         }
1897
1898         ai->static_size = static_size;
1899         ai->reserved_size = reserved_size;
1900         ai->dyn_size = dyn_size;
1901         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1902         ai->atom_size = atom_size;
1903         ai->alloc_size = alloc_size;
1904
1905         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1906                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1907
1908                 /*
1909                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1910                  * back-to-back.  The caller should update this to
1911                  * reflect actual allocation.
1912                  */
1913                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1914
1915                 for_each_possible_cpu(cpu)
1916                         if (group_map[cpu] == group)
1917                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1918                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1919                 unit += gi->nr_units;
1920         }
1921         BUG_ON(unit != nr_units);
1922
1923         return ai;
1924 }
1925 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
1926
1927 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
1928 /**
1929  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1930  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1931  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1932  * @atom_size: allocation atom size
1933  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1934  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1935  * @free_fn: function to free percpu page
1936  *
1937  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1938  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1939  *
1940  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1941  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1942  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1943  * aligned to @atom_size.
1944  *
1945  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1946  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1947  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1948  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1949  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1950  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1951  *
1952  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
1953  *
1954  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1955  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1956  *
1957  * RETURNS:
1958  * 0 on success, -errno on failure.
1959  */
1960 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1961                                   size_t atom_size,
1962                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1963                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1964                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1965 {
1966         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1967         void **areas = NULL;
1968         struct pcpu_alloc_info *ai;
1969         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1970         int group, i, rc;
1971
1972         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1973                                    cpu_distance_fn);
1974         if (IS_ERR(ai))
1975                 return PTR_ERR(ai);
1976
1977         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1978         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1979
1980         areas = memblock_virt_alloc_nopanic(areas_size, 0);
1981         if (!areas) {
1982                 rc = -ENOMEM;
1983                 goto out_free;
1984         }
1985
1986         /* allocate, copy and determine base address */
1987         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1988                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1989                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1990                 void *ptr;
1991
1992                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1993                         cpu = gi->cpu_map[i];
1994                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1995
1996                 /* allocate space for the whole group */
1997                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1998                 if (!ptr) {
1999                         rc = -ENOMEM;
2000                         goto out_free_areas;
2001                 }
2002                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2003                 kmemleak_free(ptr);
2004                 areas[group] = ptr;
2005
2006                 base = min(ptr, base);
2007         }
2008
2009         /*
2010          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
2011          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
2012          * overlapping groups.
2013          */
2014         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2015                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2016                 void *ptr = areas[group];
2017
2018                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
2019                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
2020                                 /* unused unit, free whole */
2021                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
2022                                 continue;
2023                         }
2024                         /* copy and return the unused part */
2025                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2026                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
2027                 }
2028         }
2029
2030         /* base address is now known, determine group base offsets */
2031         max_distance = 0;
2032         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2033                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2034                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
2035                                      ai->groups[group].base_offset);
2036         }
2037         max_distance += ai->unit_size;
2038
2039         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2040         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
2041                 pr_warning("PERCPU: max_distance=0x%zx too large for vmalloc "
2042                            "space 0x%lx\n", max_distance,
2043                            VMALLOC_TOTAL);
2044 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2045                 /* and fail if we have fallback */
2046                 rc = -EINVAL;
2047                 goto out_free;
2048 #endif
2049         }
2050
2051         pr_info("PERCPU: Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2052                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2053                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2054
2055         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2056         goto out_free;
2057
2058 out_free_areas:
2059         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2060                 if (areas[group])
2061                         free_fn(areas[group],
2062                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2063 out_free:
2064         pcpu_free_alloc_info(ai);
2065         if (areas)
2066                 memblock_free_early(__pa(areas), areas_size);
2067         return rc;
2068 }
2069 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
2070
2071 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2072 /**
2073  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2074  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2075  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2076  * @free_fn: function to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2077  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2078  *
2079  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2080  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2081  *
2082  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2083  * page-by-page into vmalloc area.
2084  *
2085  * RETURNS:
2086  * 0 on success, -errno on failure.
2087  */
2088 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2089                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2090                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2091                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2092 {
2093         static struct vm_struct vm;
2094         struct pcpu_alloc_info *ai;
2095         char psize_str[16];
2096         int unit_pages;
2097         size_t pages_size;
2098         struct page **pages;
2099         int unit, i, j, rc;
2100
2101         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2102
2103         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
2104         if (IS_ERR(ai))
2105                 return PTR_ERR(ai);
2106         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2107         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2108
2109         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2110
2111         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2112         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2113                                sizeof(pages[0]));
2114         pages = memblock_virt_alloc(pages_size, 0);
2115
2116         /* allocate pages */
2117         j = 0;
2118         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2119                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2120                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2121                         void *ptr;
2122
2123                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2124                         if (!ptr) {
2125                                 pr_warning("PERCPU: failed to allocate %s page "
2126                                            "for cpu%u\n", psize_str, cpu);
2127                                 goto enomem;
2128                         }
2129                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2130                         kmemleak_free(ptr);
2131                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2132                 }
2133
2134         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2135         vm.flags = VM_ALLOC;
2136         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2137         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2138
2139         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2140                 unsigned long unit_addr =
2141                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2142
2143                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2144                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2145
2146                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2147                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2148                                       unit_pages);
2149                 if (rc < 0)
2150                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2151
2152                 /*
2153                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2154                  * cache for the linear mapping here - something
2155                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2156                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2157                  * data structures are not set up yet.
2158                  */
2159
2160                 /* copy static data */
2161                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2162         }
2163
2164         /* we're ready, commit */
2165         pr_info("PERCPU: %d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2166                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2167                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2168
2169         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2170         goto out_free_ar;
2171
2172 enomem:
2173         while (--j >= 0)
2174                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2175         rc = -ENOMEM;
2176 out_free_ar:
2177         memblock_free_early(__pa(pages), pages_size);
2178         pcpu_free_alloc_info(ai);
2179         return rc;
2180 }
2181 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2182
2183 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2184 /*
2185  * Generic SMP percpu area setup.
2186  *
2187  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2188  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2189  * important because many archs have addressing restrictions and might
2190  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2191  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2192  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2193  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2194  * mappings on applicable archs.
2195  */
2196 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2197 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2198
2199 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2200                                        size_t align)
2201 {
2202         return  memblock_virt_alloc_from_nopanic(
2203                         size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2204 }
2205
2206 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2207 {
2208         memblock_free_early(__pa(ptr), size);
2209 }
2210
2211 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2212 {
2213         unsigned long delta;
2214         unsigned int cpu;
2215         int rc;
2216
2217         /*
2218          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2219          * what the legacy allocator did.
2220          */
2221         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2222                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2223                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2224         if (rc < 0)
2225                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2226
2227         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2228         for_each_possible_cpu(cpu)
2229                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2230 }
2231 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2232
2233 #else   /* CONFIG_SMP */
2234
2235 /*
2236  * UP percpu area setup.
2237  *
2238  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
2239  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
2240  * variables and don't require any special preparation.
2241  */
2242 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2243 {
2244         const size_t unit_size =
2245                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
2246                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
2247         struct pcpu_alloc_info *ai;
2248         void *fc;
2249
2250         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
2251         fc = memblock_virt_alloc_from_nopanic(unit_size,
2252                                               PAGE_SIZE,
2253                                               __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2254         if (!ai || !fc)
2255                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
2256         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2257         kmemleak_free(fc);
2258
2259         ai->dyn_size = unit_size;
2260         ai->unit_size = unit_size;
2261         ai->atom_size = unit_size;
2262         ai->alloc_size = unit_size;
2263         ai->groups[0].nr_units = 1;
2264         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
2265
2266         if (pcpu_setup_first_chunk(ai, fc) < 0)
2267                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2268 }
2269
2270 #endif  /* CONFIG_SMP */
2271
2272 /*
2273  * First and reserved chunks are initialized with temporary allocation
2274  * map in initdata so that they can be used before slab is online.
2275  * This function is called after slab is brought up and replaces those
2276  * with properly allocated maps.
2277  */
2278 void __init percpu_init_late(void)
2279 {
2280         struct pcpu_chunk *target_chunks[] =
2281                 { pcpu_first_chunk, pcpu_reserved_chunk, NULL };
2282         struct pcpu_chunk *chunk;
2283         unsigned long flags;
2284         int i;
2285
2286         for (i = 0; (chunk = target_chunks[i]); i++) {
2287                 int *map;
2288                 const size_t size = PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS * sizeof(map[0]);
2289
2290                 BUILD_BUG_ON(size > PAGE_SIZE);
2291
2292                 map = pcpu_mem_zalloc(size);
2293                 BUG_ON(!map);
2294
2295                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2296                 memcpy(map, chunk->map, size);
2297                 chunk->map = map;
2298                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2299         }
2300 }
2301
2302 /*
2303  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
2304  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
2305  * and running.
2306  */
2307 static int __init percpu_enable_async(void)
2308 {
2309         pcpu_async_enabled = true;
2310         return 0;
2311 }
2312 subsys_initcall(percpu_enable_async);