bcache: switch to using blk_queue_write_cache()
[cascardo/linux.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 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
57
58 #include <linux/bitmap.h>
59 #include <linux/bootmem.h>
60 #include <linux/err.h>
61 #include <linux/list.h>
62 #include <linux/log2.h>
63 #include <linux/mm.h>
64 #include <linux/module.h>
65 #include <linux/mutex.h>
66 #include <linux/percpu.h>
67 #include <linux/pfn.h>
68 #include <linux/slab.h>
69 #include <linux/spinlock.h>
70 #include <linux/vmalloc.h>
71 #include <linux/workqueue.h>
72 #include <linux/kmemleak.h>
73
74 #include <asm/cacheflush.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/io.h>
78
79 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
80 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
81 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW      32
82 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH     64
83 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
84 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
85
86 #ifdef CONFIG_SMP
87 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
88 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
89 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
90         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
91                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
92                           (unsigned long)__per_cpu_start)
93 #endif
94 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
95 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
96         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
97                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
98                          (unsigned long)__per_cpu_start)
99 #endif
100 #else   /* CONFIG_SMP */
101 /* on UP, it's always identity mapped */
102 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
103 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
104 #endif  /* CONFIG_SMP */
105
106 struct pcpu_chunk {
107         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
108         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
109         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
110         void                    *base_addr;     /* base address of this chunk */
111
112         int                     map_used;       /* # of map entries used before the sentry */
113         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
114         int                     *map;           /* allocation map */
115         struct work_struct      map_extend_work;/* async ->map[] extension */
116
117         void                    *data;          /* chunk data */
118         int                     first_free;     /* no free below this */
119         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
120         int                     nr_populated;   /* # of populated pages */
121         unsigned long           populated[];    /* populated bitmap */
122 };
123
124 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
125 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
126 static int pcpu_nr_units __read_mostly;
127 static int pcpu_atom_size __read_mostly;
128 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
129 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
130
131 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
132 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __read_mostly;
133 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __read_mostly;
134
135 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
136 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
137 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
138
139 static const int *pcpu_unit_map __read_mostly;          /* cpu -> unit */
140 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __read_mostly;   /* cpu -> unit offset */
141
142 /* group information, used for vm allocation */
143 static int pcpu_nr_groups __read_mostly;
144 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __read_mostly;
145 static const size_t *pcpu_group_sizes __read_mostly;
146
147 /*
148  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
149  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
150  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
151  */
152 static struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk;
153
154 /*
155  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
156  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
157  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
158  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
159  * respectively.
160  */
161 static struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk;
162 static int pcpu_reserved_chunk_limit;
163
164 static DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);      /* all internal data structures */
165 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop */
166
167 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
168
169 /*
170  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.  The
171  * reserved chunk doesn't contribute to the count.
172  */
173 static int pcpu_nr_empty_pop_pages;
174
175 /*
176  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
177  * try to keep the number of populated free pages between
178  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
179  * empty chunk.
180  */
181 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
182 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
183 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
184 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
185
186 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
187 {
188         if (pcpu_async_enabled)
189                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
190 }
191
192 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
193 {
194         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
195
196         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
197 }
198
199 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
200 {
201         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
202
203         return addr >= first_start &&
204                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
205 }
206
207 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
208 {
209         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
210         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
211 }
212
213 static int pcpu_size_to_slot(int size)
214 {
215         if (size == pcpu_unit_size)
216                 return pcpu_nr_slots - 1;
217         return __pcpu_size_to_slot(size);
218 }
219
220 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
221 {
222         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
223                 return 0;
224
225         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
226 }
227
228 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
229 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
230 {
231         page->index = (unsigned long)pcpu;
232 }
233
234 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
235 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
236 {
237         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
238 }
239
240 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
241 {
242         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
243 }
244
245 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
246                                      unsigned int cpu, int page_idx)
247 {
248         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
249                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
250 }
251
252 static void __maybe_unused pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk,
253                                            int *rs, int *re, int end)
254 {
255         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
256         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
257 }
258
259 static void __maybe_unused pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk,
260                                          int *rs, int *re, int end)
261 {
262         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
263         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
264 }
265
266 /*
267  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
268  * page regions between @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
269  * be integer variables and will be set to start and end page index of
270  * the current region.
271  */
272 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
273         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
274              (rs) < (re);                                                   \
275              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
276
277 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
278         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
279              (rs) < (re);                                                   \
280              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
281
282 /**
283  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
284  * @size: bytes to allocate
285  *
286  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
287  * kzalloc() is used; otherwise, vzalloc() is used.  The returned
288  * memory is always zeroed.
289  *
290  * CONTEXT:
291  * Does GFP_KERNEL allocation.
292  *
293  * RETURNS:
294  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
295  */
296 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size)
297 {
298         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
299                 return NULL;
300
301         if (size <= PAGE_SIZE)
302                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
303         else
304                 return vzalloc(size);
305 }
306
307 /**
308  * pcpu_mem_free - free memory
309  * @ptr: memory to free
310  *
311  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
312  */
313 static void pcpu_mem_free(void *ptr)
314 {
315         kvfree(ptr);
316 }
317
318 /**
319  * pcpu_count_occupied_pages - count the number of pages an area occupies
320  * @chunk: chunk of interest
321  * @i: index of the area in question
322  *
323  * Count the number of pages chunk's @i'th area occupies.  When the area's
324  * start and/or end address isn't aligned to page boundary, the straddled
325  * page is included in the count iff the rest of the page is free.
326  */
327 static int pcpu_count_occupied_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int i)
328 {
329         int off = chunk->map[i] & ~1;
330         int end = chunk->map[i + 1] & ~1;
331
332         if (!PAGE_ALIGNED(off) && i > 0) {
333                 int prev = chunk->map[i - 1];
334
335                 if (!(prev & 1) && prev <= round_down(off, PAGE_SIZE))
336                         off = round_down(off, PAGE_SIZE);
337         }
338
339         if (!PAGE_ALIGNED(end) && i + 1 < chunk->map_used) {
340                 int next = chunk->map[i + 1];
341                 int nend = chunk->map[i + 2] & ~1;
342
343                 if (!(next & 1) && nend >= round_up(end, PAGE_SIZE))
344                         end = round_up(end, PAGE_SIZE);
345         }
346
347         return max_t(int, PFN_DOWN(end) - PFN_UP(off), 0);
348 }
349
350 /**
351  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
352  * @chunk: chunk of interest
353  * @oslot: the previous slot it was on
354  *
355  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
356  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
357  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
358  * chunk slots.
359  *
360  * CONTEXT:
361  * pcpu_lock.
362  */
363 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
364 {
365         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
366
367         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
368                 if (oslot < nslot)
369                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
370                 else
371                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
372         }
373 }
374
375 /**
376  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
377  * @chunk: chunk of interest
378  * @is_atomic: the allocation context
379  *
380  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended.  If
381  * @is_atomic, only the amount necessary for a new allocation is
382  * considered; however, async extension is scheduled if the left amount is
383  * low.  If !@is_atomic, it aims for more empty space.  Combined, this
384  * ensures that the map is likely to have enough available space to
385  * accomodate atomic allocations which can't extend maps directly.
386  *
387  * CONTEXT:
388  * pcpu_lock.
389  *
390  * RETURNS:
391  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
392  * otherwise.
393  */
394 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk, bool is_atomic)
395 {
396         int margin, new_alloc;
397
398         if (is_atomic) {
399                 margin = 3;
400
401                 if (chunk->map_alloc <
402                     chunk->map_used + PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW &&
403                     pcpu_async_enabled)
404                         schedule_work(&chunk->map_extend_work);
405         } else {
406                 margin = PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH;
407         }
408
409         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + margin)
410                 return 0;
411
412         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
413         while (new_alloc < chunk->map_used + margin)
414                 new_alloc *= 2;
415
416         return new_alloc;
417 }
418
419 /**
420  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
421  * @chunk: chunk of interest
422  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
423  *
424  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
425  *
426  * CONTEXT:
427  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
428  *
429  * RETURNS:
430  * 0 on success, -errno on failure.
431  */
432 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
433 {
434         int *old = NULL, *new = NULL;
435         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
436         unsigned long flags;
437
438         new = pcpu_mem_zalloc(new_size);
439         if (!new)
440                 return -ENOMEM;
441
442         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
443         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
444
445         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
446                 goto out_unlock;
447
448         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
449         old = chunk->map;
450
451         memcpy(new, old, old_size);
452
453         chunk->map_alloc = new_alloc;
454         chunk->map = new;
455         new = NULL;
456
457 out_unlock:
458         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
459
460         /*
461          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
462          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
463          */
464         pcpu_mem_free(old);
465         pcpu_mem_free(new);
466
467         return 0;
468 }
469
470 static void pcpu_map_extend_workfn(struct work_struct *work)
471 {
472         struct pcpu_chunk *chunk = container_of(work, struct pcpu_chunk,
473                                                 map_extend_work);
474         int new_alloc;
475
476         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
477         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, false);
478         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
479
480         if (new_alloc)
481                 pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc);
482 }
483
484 /**
485  * pcpu_fit_in_area - try to fit the requested allocation in a candidate area
486  * @chunk: chunk the candidate area belongs to
487  * @off: the offset to the start of the candidate area
488  * @this_size: the size of the candidate area
489  * @size: the size of the target allocation
490  * @align: the alignment of the target allocation
491  * @pop_only: only allocate from already populated region
492  *
493  * We're trying to allocate @size bytes aligned at @align.  @chunk's area
494  * at @off sized @this_size is a candidate.  This function determines
495  * whether the target allocation fits in the candidate area and returns the
496  * number of bytes to pad after @off.  If the target area doesn't fit, -1
497  * is returned.
498  *
499  * If @pop_only is %true, this function only considers the already
500  * populated part of the candidate area.
501  */
502 static int pcpu_fit_in_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int this_size,
503                             int size, int align, bool pop_only)
504 {
505         int cand_off = off;
506
507         while (true) {
508                 int head = ALIGN(cand_off, align) - off;
509                 int page_start, page_end, rs, re;
510
511                 if (this_size < head + size)
512                         return -1;
513
514                 if (!pop_only)
515                         return head;
516
517                 /*
518                  * If the first unpopulated page is beyond the end of the
519                  * allocation, the whole allocation is populated;
520                  * otherwise, retry from the end of the unpopulated area.
521                  */
522                 page_start = PFN_DOWN(head + off);
523                 page_end = PFN_UP(head + off + size);
524
525                 rs = page_start;
526                 pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, PFN_UP(off + this_size));
527                 if (rs >= page_end)
528                         return head;
529                 cand_off = re * PAGE_SIZE;
530         }
531 }
532
533 /**
534  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
535  * @chunk: chunk of interest
536  * @size: wanted size in bytes
537  * @align: wanted align
538  * @pop_only: allocate only from the populated area
539  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
540  *
541  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
542  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
543  * populate or map the area.
544  *
545  * @chunk->map must have at least two free slots.
546  *
547  * CONTEXT:
548  * pcpu_lock.
549  *
550  * RETURNS:
551  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
552  * found.
553  */
554 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align,
555                            bool pop_only, int *occ_pages_p)
556 {
557         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
558         int max_contig = 0;
559         int i, off;
560         bool seen_free = false;
561         int *p;
562
563         for (i = chunk->first_free, p = chunk->map + i; i < chunk->map_used; i++, p++) {
564                 int head, tail;
565                 int this_size;
566
567                 off = *p;
568                 if (off & 1)
569                         continue;
570
571                 this_size = (p[1] & ~1) - off;
572
573                 head = pcpu_fit_in_area(chunk, off, this_size, size, align,
574                                         pop_only);
575                 if (head < 0) {
576                         if (!seen_free) {
577                                 chunk->first_free = i;
578                                 seen_free = true;
579                         }
580                         max_contig = max(this_size, max_contig);
581                         continue;
582                 }
583
584                 /*
585                  * If head is small or the previous block is free,
586                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
587                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
588                  * uncommon for percpu allocations.
589                  */
590                 if (head && (head < sizeof(int) || !(p[-1] & 1))) {
591                         *p = off += head;
592                         if (p[-1] & 1)
593                                 chunk->free_size -= head;
594                         else
595                                 max_contig = max(*p - p[-1], max_contig);
596                         this_size -= head;
597                         head = 0;
598                 }
599
600                 /* if tail is small, just keep it around */
601                 tail = this_size - head - size;
602                 if (tail < sizeof(int)) {
603                         tail = 0;
604                         size = this_size - head;
605                 }
606
607                 /* split if warranted */
608                 if (head || tail) {
609                         int nr_extra = !!head + !!tail;
610
611                         /* insert new subblocks */
612                         memmove(p + nr_extra + 1, p + 1,
613                                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
614                         chunk->map_used += nr_extra;
615
616                         if (head) {
617                                 if (!seen_free) {
618                                         chunk->first_free = i;
619                                         seen_free = true;
620                                 }
621                                 *++p = off += head;
622                                 ++i;
623                                 max_contig = max(head, max_contig);
624                         }
625                         if (tail) {
626                                 p[1] = off + size;
627                                 max_contig = max(tail, max_contig);
628                         }
629                 }
630
631                 if (!seen_free)
632                         chunk->first_free = i + 1;
633
634                 /* update hint and mark allocated */
635                 if (i + 1 == chunk->map_used)
636                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
637                 else
638                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
639                                                  max_contig);
640
641                 chunk->free_size -= size;
642                 *p |= 1;
643
644                 *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
645                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
646                 return off;
647         }
648
649         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
650         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
651
652         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
653         return -1;
654 }
655
656 /**
657  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
658  * @chunk: chunk of interest
659  * @freeme: offset of area to free
660  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
661  *
662  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
663  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
664  * the area.
665  *
666  * CONTEXT:
667  * pcpu_lock.
668  */
669 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme,
670                            int *occ_pages_p)
671 {
672         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
673         int off = 0;
674         unsigned i, j;
675         int to_free = 0;
676         int *p;
677
678         freeme |= 1;    /* we are searching for <given offset, in use> pair */
679
680         i = 0;
681         j = chunk->map_used;
682         while (i != j) {
683                 unsigned k = (i + j) / 2;
684                 off = chunk->map[k];
685                 if (off < freeme)
686                         i = k + 1;
687                 else if (off > freeme)
688                         j = k;
689                 else
690                         i = j = k;
691         }
692         BUG_ON(off != freeme);
693
694         if (i < chunk->first_free)
695                 chunk->first_free = i;
696
697         p = chunk->map + i;
698         *p = off &= ~1;
699         chunk->free_size += (p[1] & ~1) - off;
700
701         *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
702
703         /* merge with next? */
704         if (!(p[1] & 1))
705                 to_free++;
706         /* merge with previous? */
707         if (i > 0 && !(p[-1] & 1)) {
708                 to_free++;
709                 i--;
710                 p--;
711         }
712         if (to_free) {
713                 chunk->map_used -= to_free;
714                 memmove(p + 1, p + 1 + to_free,
715                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
716         }
717
718         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i + 1] - chunk->map[i] - 1, chunk->contig_hint);
719         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
720 }
721
722 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(void)
723 {
724         struct pcpu_chunk *chunk;
725
726         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size);
727         if (!chunk)
728                 return NULL;
729
730         chunk->map = pcpu_mem_zalloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC *
731                                                 sizeof(chunk->map[0]));
732         if (!chunk->map) {
733                 pcpu_mem_free(chunk);
734                 return NULL;
735         }
736
737         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
738         chunk->map[0] = 0;
739         chunk->map[1] = pcpu_unit_size | 1;
740         chunk->map_used = 1;
741
742         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
743         INIT_WORK(&chunk->map_extend_work, pcpu_map_extend_workfn);
744         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
745         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
746
747         return chunk;
748 }
749
750 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
751 {
752         if (!chunk)
753                 return;
754         pcpu_mem_free(chunk->map);
755         pcpu_mem_free(chunk);
756 }
757
758 /**
759  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
760  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
761  * @page_start: the start page
762  * @page_end: the end page
763  *
764  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
765  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
766  * successful population.
767  */
768 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk,
769                                  int page_start, int page_end)
770 {
771         int nr = page_end - page_start;
772
773         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
774
775         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
776         chunk->nr_populated += nr;
777         pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
778 }
779
780 /**
781  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
782  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
783  * @page_start: the start page
784  * @page_end: the end page
785  *
786  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
787  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
788  * each successful depopulation.
789  */
790 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
791                                    int page_start, int page_end)
792 {
793         int nr = page_end - page_start;
794
795         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
796
797         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
798         chunk->nr_populated -= nr;
799         pcpu_nr_empty_pop_pages -= nr;
800 }
801
802 /*
803  * Chunk management implementation.
804  *
805  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
806  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
807  * into this file and compiled together.  The following functions
808  * should be implemented.
809  *
810  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
811  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
812  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
813  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
814  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
815  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
816  */
817 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
818 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
819 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void);
820 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
821 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
822 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
823
824 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
825 #include "percpu-km.c"
826 #else
827 #include "percpu-vm.c"
828 #endif
829
830 /**
831  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
832  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
833  *
834  * RETURNS:
835  * The address of the found chunk.
836  */
837 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
838 {
839         /* is it in the first chunk? */
840         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
841                 /* is it in the reserved area? */
842                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
843                         return pcpu_reserved_chunk;
844                 return pcpu_first_chunk;
845         }
846
847         /*
848          * The address is relative to unit0 which might be unused and
849          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
850          * current processor before looking it up in the vmalloc
851          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
852          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
853          */
854         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
855         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
856 }
857
858 /**
859  * pcpu_alloc - the percpu allocator
860  * @size: size of area to allocate in bytes
861  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
862  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
863  * @gfp: allocation flags
864  *
865  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
866  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic.
867  *
868  * RETURNS:
869  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
870  */
871 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
872                                  gfp_t gfp)
873 {
874         static int warn_limit = 10;
875         struct pcpu_chunk *chunk;
876         const char *err;
877         bool is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
878         int occ_pages = 0;
879         int slot, off, new_alloc, cpu, ret;
880         unsigned long flags;
881         void __percpu *ptr;
882
883         /*
884          * We want the lowest bit of offset available for in-use/free
885          * indicator, so force >= 16bit alignment and make size even.
886          */
887         if (unlikely(align < 2))
888                 align = 2;
889
890         size = ALIGN(size, 2);
891
892         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
893                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for percpu allocation\n",
894                      size, align);
895                 return NULL;
896         }
897
898         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
899
900         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
901         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
902                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
903
904                 if (size > chunk->contig_hint) {
905                         err = "alloc from reserved chunk failed";
906                         goto fail_unlock;
907                 }
908
909                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic))) {
910                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
911                         if (is_atomic ||
912                             pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
913                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
914                                 goto fail;
915                         }
916                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
917                 }
918
919                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
920                                       &occ_pages);
921                 if (off >= 0)
922                         goto area_found;
923
924                 err = "alloc from reserved chunk failed";
925                 goto fail_unlock;
926         }
927
928 restart:
929         /* search through normal chunks */
930         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
931                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
932                         if (size > chunk->contig_hint)
933                                 continue;
934
935                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic);
936                         if (new_alloc) {
937                                 if (is_atomic)
938                                         continue;
939                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
940                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
941                                                          new_alloc) < 0) {
942                                         err = "failed to extend area map";
943                                         goto fail;
944                                 }
945                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
946                                 /*
947                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
948                                  * restart cpu_slot list walking.
949                                  */
950                                 goto restart;
951                         }
952
953                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
954                                               &occ_pages);
955                         if (off >= 0)
956                                 goto area_found;
957                 }
958         }
959
960         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
961
962         /*
963          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
964          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
965          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
966          */
967         if (is_atomic)
968                 goto fail;
969
970         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
971
972         if (list_empty(&pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1])) {
973                 chunk = pcpu_create_chunk();
974                 if (!chunk) {
975                         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
976                         err = "failed to allocate new chunk";
977                         goto fail;
978                 }
979
980                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
981                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
982         } else {
983                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
984         }
985
986         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
987         goto restart;
988
989 area_found:
990         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
991
992         /* populate if not all pages are already there */
993         if (!is_atomic) {
994                 int page_start, page_end, rs, re;
995
996                 mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
997
998                 page_start = PFN_DOWN(off);
999                 page_end = PFN_UP(off + size);
1000
1001                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
1002                         WARN_ON(chunk->immutable);
1003
1004                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re);
1005
1006                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1007                         if (ret) {
1008                                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1009                                 pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1010                                 err = "failed to populate";
1011                                 goto fail_unlock;
1012                         }
1013                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1014                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1015                 }
1016
1017                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1018         }
1019
1020         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
1021                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= occ_pages;
1022
1023         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1024                 pcpu_schedule_balance_work();
1025
1026         /* clear the areas and return address relative to base address */
1027         for_each_possible_cpu(cpu)
1028                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1029
1030         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1031         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1032         return ptr;
1033
1034 fail_unlock:
1035         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1036 fail:
1037         if (!is_atomic && warn_limit) {
1038                 pr_warn("allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1039                         size, align, is_atomic, err);
1040                 dump_stack();
1041                 if (!--warn_limit)
1042                         pr_info("limit reached, disable warning\n");
1043         }
1044         if (is_atomic) {
1045                 /* see the flag handling in pcpu_blance_workfn() */
1046                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1047                 pcpu_schedule_balance_work();
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_move(&chunk->list, &to_free);
1133         }
1134
1135         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1136
1137         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
1138                 int rs, re;
1139
1140                 pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1141                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
1142                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1143                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
1144                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1145                 }
1146                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1147         }
1148
1149         /*
1150          * Ensure there are certain number of free populated pages for
1151          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
1152          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
1153          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
1154          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
1155          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
1156          * something we support properly and can be highly unreliable and
1157          * inefficient.
1158          */
1159 retry_pop:
1160         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
1161                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
1162                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
1163                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
1164         } else {
1165                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
1166                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
1167                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
1168         }
1169
1170         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1171                 int nr_unpop = 0, rs, re;
1172
1173                 if (!nr_to_pop)
1174                         break;
1175
1176                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1177                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1178                         nr_unpop = pcpu_unit_pages - chunk->nr_populated;
1179                         if (nr_unpop)
1180                                 break;
1181                 }
1182                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1183
1184                 if (!nr_unpop)
1185                         continue;
1186
1187                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
1188                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1189                         int nr = min(re - rs, nr_to_pop);
1190
1191                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr);
1192                         if (!ret) {
1193                                 nr_to_pop -= nr;
1194                                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1195                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
1196                                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1197                         } else {
1198                                 nr_to_pop = 0;
1199                         }
1200
1201                         if (!nr_to_pop)
1202                                 break;
1203                 }
1204         }
1205
1206         if (nr_to_pop) {
1207                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
1208                 chunk = pcpu_create_chunk();
1209                 if (chunk) {
1210                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1211                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1212                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1213                         goto retry_pop;
1214                 }
1215         }
1216
1217         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1218 }
1219
1220 /**
1221  * free_percpu - free percpu area
1222  * @ptr: pointer to area to free
1223  *
1224  * Free percpu area @ptr.
1225  *
1226  * CONTEXT:
1227  * Can be called from atomic context.
1228  */
1229 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1230 {
1231         void *addr;
1232         struct pcpu_chunk *chunk;
1233         unsigned long flags;
1234         int off, occ_pages;
1235
1236         if (!ptr)
1237                 return;
1238
1239         kmemleak_free_percpu(ptr);
1240
1241         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1242
1243         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1244
1245         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1246         off = addr - chunk->base_addr;
1247
1248         pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1249
1250         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
1251                 pcpu_nr_empty_pop_pages += occ_pages;
1252
1253         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1254         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1255                 struct pcpu_chunk *pos;
1256
1257                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1258                         if (pos != chunk) {
1259                                 pcpu_schedule_balance_work();
1260                                 break;
1261                         }
1262         }
1263
1264         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1265 }
1266 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1267
1268 /**
1269  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1270  * @addr: address to test
1271  *
1272  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1273  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1274  * is_module_percpu_address().
1275  *
1276  * RETURNS:
1277  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1278  */
1279 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1280 {
1281 #ifdef CONFIG_SMP
1282         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1283         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1284         unsigned int cpu;
1285
1286         for_each_possible_cpu(cpu) {
1287                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1288
1289                 if ((void *)addr >= start && (void *)addr < start + static_size)
1290                         return true;
1291         }
1292 #endif
1293         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
1294         return false;
1295 }
1296
1297 /**
1298  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1299  * @addr: the address to be converted to physical address
1300  *
1301  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1302  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1303  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1304  * until this function finishes.
1305  *
1306  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
1307  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
1308  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
1309  * km) provides translation.
1310  *
1311  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
1312  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
1313  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
1314  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
1315  * code.
1316  *
1317  * RETURNS:
1318  * The physical address for @addr.
1319  */
1320 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1321 {
1322         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1323         bool in_first_chunk = false;
1324         unsigned long first_low, first_high;
1325         unsigned int cpu;
1326
1327         /*
1328          * The following test on unit_low/high isn't strictly
1329          * necessary but will speed up lookups of addresses which
1330          * aren't in the first chunk.
1331          */
1332         first_low = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_low_unit_cpu, 0);
1333         first_high = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_high_unit_cpu,
1334                                      pcpu_unit_pages);
1335         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
1336             (unsigned long)addr < first_high) {
1337                 for_each_possible_cpu(cpu) {
1338                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1339
1340                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
1341                                 in_first_chunk = true;
1342                                 break;
1343                         }
1344                 }
1345         }
1346
1347         if (in_first_chunk) {
1348                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
1349                         return __pa(addr);
1350                 else
1351                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
1352                                offset_in_page(addr);
1353         } else
1354                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
1355                        offset_in_page(addr);
1356 }
1357
1358 /**
1359  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1360  * @nr_groups: the number of groups
1361  * @nr_units: the number of units
1362  *
1363  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1364  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1365  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1366  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1367  * pointer of other groups.
1368  *
1369  * RETURNS:
1370  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1371  * failure.
1372  */
1373 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1374                                                       int nr_units)
1375 {
1376         struct pcpu_alloc_info *ai;
1377         size_t base_size, ai_size;
1378         void *ptr;
1379         int unit;
1380
1381         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1382                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1383         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1384
1385         ptr = memblock_virt_alloc_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size), 0);
1386         if (!ptr)
1387                 return NULL;
1388         ai = ptr;
1389         ptr += base_size;
1390
1391         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1392
1393         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1394                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1395
1396         ai->nr_groups = nr_groups;
1397         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1398
1399         return ai;
1400 }
1401
1402 /**
1403  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1404  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1405  *
1406  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1407  */
1408 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1409 {
1410         memblock_free_early(__pa(ai), ai->__ai_size);
1411 }
1412
1413 /**
1414  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1415  * @lvl: loglevel
1416  * @ai: allocation info to dump
1417  *
1418  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1419  */
1420 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1421                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1422 {
1423         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1424         char empty_str[] = "--------";
1425         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1426         int group, v;
1427         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1428
1429         v = ai->nr_groups;
1430         while (v /= 10)
1431                 group_width++;
1432
1433         v = num_possible_cpus();
1434         while (v /= 10)
1435                 cpu_width++;
1436         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1437
1438         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1439         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1440         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1441
1442         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1443                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1444                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1445
1446         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1447                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1448                 int unit = 0, unit_end = 0;
1449
1450                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1451                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1452                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1453                         if (!(alloc % apl)) {
1454                                 pr_cont("\n");
1455                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1456                         }
1457                         pr_cont("[%0*d] ", group_width, group);
1458
1459                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1460                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1461                                         pr_cont("%0*d ",
1462                                                 cpu_width, gi->cpu_map[unit]);
1463                                 else
1464                                         pr_cont("%s ", empty_str);
1465                 }
1466         }
1467         pr_cont("\n");
1468 }
1469
1470 /**
1471  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1472  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1473  * @base_addr: mapped address
1474  *
1475  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1476  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1477  * setup path.
1478  *
1479  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1480  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1481  *
1482  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1483  *
1484  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1485  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1486  * the first chunk such that it's available only through reserved
1487  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1488  * static areas on architectures where the addressing model has
1489  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1490  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1491  *
1492  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1493  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1494  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1495  *
1496  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1497  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1498  * @ai->dyn_size.
1499  *
1500  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1501  * for vm areas.
1502  *
1503  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1504  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1505  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1506  *
1507  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1508  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1509  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1510  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1511  * all units is assumed.
1512  *
1513  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1514  * copied static data to each unit.
1515  *
1516  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1517  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1518  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1519  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1520  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1521  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1522  *
1523  * RETURNS:
1524  * 0 on success, -errno on failure.
1525  */
1526 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1527                                   void *base_addr)
1528 {
1529         static int smap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1530         static int dmap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1531         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1532         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1533         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1534         unsigned long *group_offsets;
1535         size_t *group_sizes;
1536         unsigned long *unit_off;
1537         unsigned int cpu;
1538         int *unit_map;
1539         int group, unit, i;
1540
1541 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1542         if (unlikely(cond)) {                                           \
1543                 pr_emerg("failed to initialize, %s\n", #cond);          \
1544                 pr_emerg("cpu_possible_mask=%*pb\n",                    \
1545                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
1546                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1547                 BUG();                                                  \
1548         }                                                               \
1549 } while (0)
1550
1551         /* sanity checks */
1552         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1553 #ifdef CONFIG_SMP
1554         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1555         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
1556 #endif
1557         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1558         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
1559         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1560         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
1561         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1562         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
1563         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
1564
1565         /* process group information and build config tables accordingly */
1566         group_offsets = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1567                                              sizeof(group_offsets[0]), 0);
1568         group_sizes = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1569                                            sizeof(group_sizes[0]), 0);
1570         unit_map = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]), 0);
1571         unit_off = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]), 0);
1572
1573         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1574                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1575
1576         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
1577         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
1578
1579         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1580                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1581
1582                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1583                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1584
1585                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1586                         cpu = gi->cpu_map[i];
1587                         if (cpu == NR_CPUS)
1588                                 continue;
1589
1590                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
1591                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1592                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1593
1594                         unit_map[cpu] = unit + i;
1595                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1596
1597                         /* determine low/high unit_cpu */
1598                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
1599                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
1600                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
1601                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
1602                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
1603                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
1604                 }
1605         }
1606         pcpu_nr_units = unit;
1607
1608         for_each_possible_cpu(cpu)
1609                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1610
1611         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1612 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1613         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1614
1615         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1616         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1617         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1618         pcpu_unit_map = unit_map;
1619         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1620
1621         /* determine basic parameters */
1622         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1623         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1624         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1625         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1626                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1627
1628         /*
1629          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1630          * empty chunks.
1631          */
1632         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1633         pcpu_slot = memblock_virt_alloc(
1634                         pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]), 0);
1635         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1636                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1637
1638         /*
1639          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1640          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1641          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1642          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1643          * static percpu allocation).
1644          */
1645         schunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1646         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1647         INIT_WORK(&schunk->map_extend_work, pcpu_map_extend_workfn);
1648         schunk->base_addr = base_addr;
1649         schunk->map = smap;
1650         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1651         schunk->immutable = true;
1652         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1653         schunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1654
1655         if (ai->reserved_size) {
1656                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1657                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1658                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1659         } else {
1660                 schunk->free_size = dyn_size;
1661                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1662         }
1663         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1664
1665         schunk->map[0] = 1;
1666         schunk->map[1] = ai->static_size;
1667         schunk->map_used = 1;
1668         if (schunk->free_size)
1669                 schunk->map[++schunk->map_used] = ai->static_size + schunk->free_size;
1670         schunk->map[schunk->map_used] |= 1;
1671
1672         /* init dynamic chunk if necessary */
1673         if (dyn_size) {
1674                 dchunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1675                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1676                 INIT_WORK(&dchunk->map_extend_work, pcpu_map_extend_workfn);
1677                 dchunk->base_addr = base_addr;
1678                 dchunk->map = dmap;
1679                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1680                 dchunk->immutable = true;
1681                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1682                 dchunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1683
1684                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1685                 dchunk->map[0] = 1;
1686                 dchunk->map[1] = pcpu_reserved_chunk_limit;
1687                 dchunk->map[2] = (pcpu_reserved_chunk_limit + dchunk->free_size) | 1;
1688                 dchunk->map_used = 2;
1689         }
1690
1691         /* link the first chunk in */
1692         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1693         pcpu_nr_empty_pop_pages +=
1694                 pcpu_count_occupied_pages(pcpu_first_chunk, 1);
1695         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1696
1697         /* we're done */
1698         pcpu_base_addr = base_addr;
1699         return 0;
1700 }
1701
1702 #ifdef CONFIG_SMP
1703
1704 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
1705         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1706         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1707         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1708 };
1709
1710 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1711
1712 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1713 {
1714         if (!str)
1715                 return -EINVAL;
1716
1717         if (0)
1718                 /* nada */;
1719 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1720         else if (!strcmp(str, "embed"))
1721                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1722 #endif
1723 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1724         else if (!strcmp(str, "page"))
1725                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1726 #endif
1727         else
1728                 pr_warn("unknown allocator %s specified\n", str);
1729
1730         return 0;
1731 }
1732 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1733
1734 /*
1735  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
1736  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
1737  * to be used.
1738  */
1739 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1740         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1741 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
1742 #endif
1743
1744 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
1745 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
1746 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
1747 #endif
1748
1749 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
1750 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
1751 /**
1752  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1753  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1754  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1755  * @atom_size: allocation atom size
1756  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1757  *
1758  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1759  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1760  * atom size and distances between CPUs.
1761  *
1762  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
1763  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1764  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1765  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1766  * of allocated virtual address space.
1767  *
1768  * RETURNS:
1769  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1770  * failure, ERR_PTR value is returned.
1771  */
1772 static struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1773                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1774                                 size_t atom_size,
1775                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1776 {
1777         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1778         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1779         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1780         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
1781         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1782         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1783         int last_allocs, group, unit;
1784         unsigned int cpu, tcpu;
1785         struct pcpu_alloc_info *ai;
1786         unsigned int *cpu_map;
1787
1788         /* this function may be called multiple times */
1789         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1790         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
1791
1792         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
1793         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1794                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
1795         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
1796
1797         /*
1798          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1799          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1800          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
1801          * or larger than min_unit_size.
1802          */
1803         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1804
1805         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1806         upa = alloc_size / min_unit_size;
1807         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1808                 upa--;
1809         max_upa = upa;
1810
1811         /* group cpus according to their proximity */
1812         for_each_possible_cpu(cpu) {
1813                 group = 0;
1814         next_group:
1815                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1816                         if (cpu == tcpu)
1817                                 break;
1818                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1819                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1820                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1821                                 group++;
1822                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1823                                 goto next_group;
1824                         }
1825                 }
1826                 group_map[cpu] = group;
1827                 group_cnt[group]++;
1828         }
1829
1830         /*
1831          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1832          * and then as much as possible without using more address
1833          * space.
1834          */
1835         last_allocs = INT_MAX;
1836         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1837                 int allocs = 0, wasted = 0;
1838
1839                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1840                         continue;
1841
1842                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1843                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1844                         allocs += this_allocs;
1845                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1846                 }
1847
1848                 /*
1849                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
1850                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1851                  * passes the following check.
1852                  */
1853                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1854                         continue;
1855
1856                 /* and then don't consume more memory */
1857                 if (allocs > last_allocs)
1858                         break;
1859                 last_allocs = allocs;
1860                 best_upa = upa;
1861         }
1862         upa = best_upa;
1863
1864         /* allocate and fill alloc_info */
1865         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1866                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1867
1868         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1869         if (!ai)
1870                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1871         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1872
1873         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1874                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1875                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1876         }
1877
1878         ai->static_size = static_size;
1879         ai->reserved_size = reserved_size;
1880         ai->dyn_size = dyn_size;
1881         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1882         ai->atom_size = atom_size;
1883         ai->alloc_size = alloc_size;
1884
1885         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1886                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1887
1888                 /*
1889                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1890                  * back-to-back.  The caller should update this to
1891                  * reflect actual allocation.
1892                  */
1893                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1894
1895                 for_each_possible_cpu(cpu)
1896                         if (group_map[cpu] == group)
1897                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1898                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1899                 unit += gi->nr_units;
1900         }
1901         BUG_ON(unit != nr_units);
1902
1903         return ai;
1904 }
1905 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
1906
1907 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
1908 /**
1909  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1910  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1911  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1912  * @atom_size: allocation atom size
1913  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1914  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1915  * @free_fn: function to free percpu page
1916  *
1917  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1918  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1919  *
1920  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1921  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1922  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1923  * aligned to @atom_size.
1924  *
1925  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1926  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1927  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1928  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1929  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1930  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1931  *
1932  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
1933  *
1934  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1935  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1936  *
1937  * RETURNS:
1938  * 0 on success, -errno on failure.
1939  */
1940 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1941                                   size_t atom_size,
1942                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1943                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1944                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1945 {
1946         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1947         void **areas = NULL;
1948         struct pcpu_alloc_info *ai;
1949         size_t size_sum, areas_size, max_distance;
1950         int group, i, rc;
1951
1952         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1953                                    cpu_distance_fn);
1954         if (IS_ERR(ai))
1955                 return PTR_ERR(ai);
1956
1957         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1958         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
1959
1960         areas = memblock_virt_alloc_nopanic(areas_size, 0);
1961         if (!areas) {
1962                 rc = -ENOMEM;
1963                 goto out_free;
1964         }
1965
1966         /* allocate, copy and determine base address */
1967         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1968                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1969                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
1970                 void *ptr;
1971
1972                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
1973                         cpu = gi->cpu_map[i];
1974                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
1975
1976                 /* allocate space for the whole group */
1977                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
1978                 if (!ptr) {
1979                         rc = -ENOMEM;
1980                         goto out_free_areas;
1981                 }
1982                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
1983                 kmemleak_free(ptr);
1984                 areas[group] = ptr;
1985
1986                 base = min(ptr, base);
1987         }
1988
1989         /*
1990          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
1991          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
1992          * overlapping groups.
1993          */
1994         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1995                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1996                 void *ptr = areas[group];
1997
1998                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
1999                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
2000                                 /* unused unit, free whole */
2001                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
2002                                 continue;
2003                         }
2004                         /* copy and return the unused part */
2005                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2006                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
2007                 }
2008         }
2009
2010         /* base address is now known, determine group base offsets */
2011         max_distance = 0;
2012         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2013                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2014                 max_distance = max_t(size_t, max_distance,
2015                                      ai->groups[group].base_offset);
2016         }
2017         max_distance += ai->unit_size;
2018
2019         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2020         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
2021                 pr_warn("max_distance=0x%zx too large for vmalloc space 0x%lx\n",
2022                         max_distance, VMALLOC_TOTAL);
2023 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2024                 /* and fail if we have fallback */
2025                 rc = -EINVAL;
2026                 goto out_free;
2027 #endif
2028         }
2029
2030         pr_info("Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2031                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2032                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2033
2034         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2035         goto out_free;
2036
2037 out_free_areas:
2038         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2039                 if (areas[group])
2040                         free_fn(areas[group],
2041                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2042 out_free:
2043         pcpu_free_alloc_info(ai);
2044         if (areas)
2045                 memblock_free_early(__pa(areas), areas_size);
2046         return rc;
2047 }
2048 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
2049
2050 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2051 /**
2052  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2053  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2054  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2055  * @free_fn: function to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2056  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2057  *
2058  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2059  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2060  *
2061  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2062  * page-by-page into vmalloc area.
2063  *
2064  * RETURNS:
2065  * 0 on success, -errno on failure.
2066  */
2067 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2068                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2069                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2070                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2071 {
2072         static struct vm_struct vm;
2073         struct pcpu_alloc_info *ai;
2074         char psize_str[16];
2075         int unit_pages;
2076         size_t pages_size;
2077         struct page **pages;
2078         int unit, i, j, rc;
2079
2080         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2081
2082         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
2083         if (IS_ERR(ai))
2084                 return PTR_ERR(ai);
2085         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2086         BUG_ON(ai->groups[0].nr_units != num_possible_cpus());
2087
2088         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2089
2090         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2091         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2092                                sizeof(pages[0]));
2093         pages = memblock_virt_alloc(pages_size, 0);
2094
2095         /* allocate pages */
2096         j = 0;
2097         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++)
2098                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2099                         unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2100                         void *ptr;
2101
2102                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2103                         if (!ptr) {
2104                                 pr_warn("failed to allocate %s page for cpu%u\n",
2105                                         psize_str, cpu);
2106                                 goto enomem;
2107                         }
2108                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2109                         kmemleak_free(ptr);
2110                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2111                 }
2112
2113         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2114         vm.flags = VM_ALLOC;
2115         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2116         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2117
2118         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2119                 unsigned long unit_addr =
2120                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2121
2122                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2123                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2124
2125                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2126                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2127                                       unit_pages);
2128                 if (rc < 0)
2129                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2130
2131                 /*
2132                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2133                  * cache for the linear mapping here - something
2134                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2135                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2136                  * data structures are not set up yet.
2137                  */
2138
2139                 /* copy static data */
2140                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2141         }
2142
2143         /* we're ready, commit */
2144         pr_info("%d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2145                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2146                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2147
2148         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2149         goto out_free_ar;
2150
2151 enomem:
2152         while (--j >= 0)
2153                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2154         rc = -ENOMEM;
2155 out_free_ar:
2156         memblock_free_early(__pa(pages), pages_size);
2157         pcpu_free_alloc_info(ai);
2158         return rc;
2159 }
2160 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2161
2162 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2163 /*
2164  * Generic SMP percpu area setup.
2165  *
2166  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2167  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2168  * important because many archs have addressing restrictions and might
2169  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2170  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2171  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2172  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2173  * mappings on applicable archs.
2174  */
2175 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2176 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2177
2178 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2179                                        size_t align)
2180 {
2181         return  memblock_virt_alloc_from_nopanic(
2182                         size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2183 }
2184
2185 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2186 {
2187         memblock_free_early(__pa(ptr), size);
2188 }
2189
2190 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2191 {
2192         unsigned long delta;
2193         unsigned int cpu;
2194         int rc;
2195
2196         /*
2197          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2198          * what the legacy allocator did.
2199          */
2200         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2201                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2202                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2203         if (rc < 0)
2204                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2205
2206         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2207         for_each_possible_cpu(cpu)
2208                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2209 }
2210 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2211
2212 #else   /* CONFIG_SMP */
2213
2214 /*
2215  * UP percpu area setup.
2216  *
2217  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
2218  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
2219  * variables and don't require any special preparation.
2220  */
2221 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2222 {
2223         const size_t unit_size =
2224                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
2225                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
2226         struct pcpu_alloc_info *ai;
2227         void *fc;
2228
2229         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
2230         fc = memblock_virt_alloc_from_nopanic(unit_size,
2231                                               PAGE_SIZE,
2232                                               __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2233         if (!ai || !fc)
2234                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
2235         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2236         kmemleak_free(fc);
2237
2238         ai->dyn_size = unit_size;
2239         ai->unit_size = unit_size;
2240         ai->atom_size = unit_size;
2241         ai->alloc_size = unit_size;
2242         ai->groups[0].nr_units = 1;
2243         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
2244
2245         if (pcpu_setup_first_chunk(ai, fc) < 0)
2246                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2247 }
2248
2249 #endif  /* CONFIG_SMP */
2250
2251 /*
2252  * First and reserved chunks are initialized with temporary allocation
2253  * map in initdata so that they can be used before slab is online.
2254  * This function is called after slab is brought up and replaces those
2255  * with properly allocated maps.
2256  */
2257 void __init percpu_init_late(void)
2258 {
2259         struct pcpu_chunk *target_chunks[] =
2260                 { pcpu_first_chunk, pcpu_reserved_chunk, NULL };
2261         struct pcpu_chunk *chunk;
2262         unsigned long flags;
2263         int i;
2264
2265         for (i = 0; (chunk = target_chunks[i]); i++) {
2266                 int *map;
2267                 const size_t size = PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS * sizeof(map[0]);
2268
2269                 BUILD_BUG_ON(size > PAGE_SIZE);
2270
2271                 map = pcpu_mem_zalloc(size);
2272                 BUG_ON(!map);
2273
2274                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2275                 memcpy(map, chunk->map, size);
2276                 chunk->map = map;
2277                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2278         }
2279 }
2280
2281 /*
2282  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
2283  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
2284  * and running.
2285  */
2286 static int __init percpu_enable_async(void)
2287 {
2288         pcpu_async_enabled = true;
2289         return 0;
2290 }
2291 subsys_initcall(percpu_enable_async);