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