Merge tag 'timers-core-2022-08-01' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / percpu.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * mm/percpu.c - percpu memory allocator
4  *
5  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
6  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
7  *
8  * Copyright (C) 2017           Facebook Inc.
9  * Copyright (C) 2017           Dennis Zhou <dennis@kernel.org>
10  *
11  * The percpu allocator handles both static and dynamic areas.  Percpu
12  * areas are allocated in chunks which are divided into units.  There is
13  * a 1-to-1 mapping for units to possible cpus.  These units are grouped
14  * based on NUMA properties of the machine.
15  *
16  *  c0                           c1                         c2
17  *  -------------------          -------------------        ------------
18  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
19  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
20  *
21  * Allocation is done by offsets into a unit's address space.  Ie., an
22  * area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k in c1:u0,
23  * c1:u1, c1:u2, etc.  On NUMA machines, the mapping may be non-linear
24  * and even sparse.  Access is handled by configuring percpu base
25  * registers according to the cpu to unit mappings and offsetting the
26  * base address using pcpu_unit_size.
27  *
28  * There is special consideration for the first chunk which must handle
29  * the static percpu variables in the kernel image as allocation services
30  * are not online yet.  In short, the first chunk is structured like so:
31  *
32  *                  <Static | [Reserved] | Dynamic>
33  *
34  * The static data is copied from the original section managed by the
35  * linker.  The reserved section, if non-zero, primarily manages static
36  * percpu variables from kernel modules.  Finally, the dynamic section
37  * takes care of normal allocations.
38  *
39  * The allocator organizes chunks into lists according to free size and
40  * memcg-awareness.  To make a percpu allocation memcg-aware the __GFP_ACCOUNT
41  * flag should be passed.  All memcg-aware allocations are sharing one set
42  * of chunks and all unaccounted allocations and allocations performed
43  * by processes belonging to the root memory cgroup are using the second set.
44  *
45  * The allocator tries to allocate from the fullest chunk first. Each chunk
46  * is managed by a bitmap with metadata blocks.  The allocation map is updated
47  * on every allocation and free to reflect the current state while the boundary
48  * map is only updated on allocation.  Each metadata block contains
49  * information to help mitigate the need to iterate over large portions
50  * of the bitmap.  The reverse mapping from page to chunk is stored in
51  * the page's index.  Lastly, units are lazily backed and grow in unison.
52  *
53  * There is a unique conversion that goes on here between bytes and bits.
54  * Each bit represents a fragment of size PCPU_MIN_ALLOC_SIZE.  The chunk
55  * tracks the number of pages it is responsible for in nr_pages.  Helper
56  * functions are used to convert from between the bytes, bits, and blocks.
57  * All hints are managed in bits unless explicitly stated.
58  *
59  * To use this allocator, arch code should do the following:
60  *
61  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
62  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
63  *   different from the default
64  *
65  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
66  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
67  */
68
69 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
70
71 #include <linux/bitmap.h>
72 #include <linux/cpumask.h>
73 #include <linux/memblock.h>
74 #include <linux/err.h>
75 #include <linux/lcm.h>
76 #include <linux/list.h>
77 #include <linux/log2.h>
78 #include <linux/mm.h>
79 #include <linux/module.h>
80 #include <linux/mutex.h>
81 #include <linux/percpu.h>
82 #include <linux/pfn.h>
83 #include <linux/slab.h>
84 #include <linux/spinlock.h>
85 #include <linux/vmalloc.h>
86 #include <linux/workqueue.h>
87 #include <linux/kmemleak.h>
88 #include <linux/sched.h>
89 #include <linux/sched/mm.h>
90 #include <linux/memcontrol.h>
91
92 #include <asm/cacheflush.h>
93 #include <asm/sections.h>
94 #include <asm/tlbflush.h>
95 #include <asm/io.h>
96
97 #define CREATE_TRACE_POINTS
98 #include <trace/events/percpu.h>
99
100 #include "percpu-internal.h"
101
102 /*
103  * The slots are sorted by the size of the biggest continuous free area.
104  * 1-31 bytes share the same slot.
105  */
106 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5
107 /* chunks in slots below this are subject to being sidelined on failed alloc */
108 #define PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD        3
109
110 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
111 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
112
113 #ifdef CONFIG_SMP
114 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
115 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
116 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
117         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
118                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
119                           (unsigned long)__per_cpu_start)
120 #endif
121 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
122 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
123         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
124                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
125                          (unsigned long)__per_cpu_start)
126 #endif
127 #else   /* CONFIG_SMP */
128 /* on UP, it's always identity mapped */
129 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
130 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
131 #endif  /* CONFIG_SMP */
132
133 static int pcpu_unit_pages __ro_after_init;
134 static int pcpu_unit_size __ro_after_init;
135 static int pcpu_nr_units __ro_after_init;
136 static int pcpu_atom_size __ro_after_init;
137 int pcpu_nr_slots __ro_after_init;
138 static int pcpu_free_slot __ro_after_init;
139 int pcpu_sidelined_slot __ro_after_init;
140 int pcpu_to_depopulate_slot __ro_after_init;
141 static size_t pcpu_chunk_struct_size __ro_after_init;
142
143 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
144 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __ro_after_init;
145 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __ro_after_init;
146
147 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
148 void *pcpu_base_addr __ro_after_init;
149
150 static const int *pcpu_unit_map __ro_after_init;                /* cpu -> unit */
151 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __ro_after_init; /* cpu -> unit offset */
152
153 /* group information, used for vm allocation */
154 static int pcpu_nr_groups __ro_after_init;
155 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __ro_after_init;
156 static const size_t *pcpu_group_sizes __ro_after_init;
157
158 /*
159  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
160  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
161  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
162  */
163 struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk __ro_after_init;
164
165 /*
166  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
167  * chunk and serves it for reserved allocations.  When the reserved
168  * region doesn't exist, the following variable is NULL.
169  */
170 struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk __ro_after_init;
171
172 DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);     /* all internal data structures */
173 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
174
175 struct list_head *pcpu_chunk_lists __ro_after_init; /* chunk list slots */
176
177 /* chunks which need their map areas extended, protected by pcpu_lock */
178 static LIST_HEAD(pcpu_map_extend_chunks);
179
180 /*
181  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.
182  * The reserved chunk doesn't contribute to the count.
183  */
184 int pcpu_nr_empty_pop_pages;
185
186 /*
187  * The number of populated pages in use by the allocator, protected by
188  * pcpu_lock.  This number is kept per a unit per chunk (i.e. when a page gets
189  * allocated/deallocated, it is allocated/deallocated in all units of a chunk
190  * and increments/decrements this count by 1).
191  */
192 static unsigned long pcpu_nr_populated;
193
194 /*
195  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
196  * try to keep the number of populated free pages between
197  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
198  * empty chunk.
199  */
200 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
201 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
202 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
203 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
204
205 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
206 {
207         if (pcpu_async_enabled)
208                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
209 }
210
211 /**
212  * pcpu_addr_in_chunk - check if the address is served from this chunk
213  * @chunk: chunk of interest
214  * @addr: percpu address
215  *
216  * RETURNS:
217  * True if the address is served from this chunk.
218  */
219 static bool pcpu_addr_in_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, void *addr)
220 {
221         void *start_addr, *end_addr;
222
223         if (!chunk)
224                 return false;
225
226         start_addr = chunk->base_addr + chunk->start_offset;
227         end_addr = chunk->base_addr + chunk->nr_pages * PAGE_SIZE -
228                    chunk->end_offset;
229
230         return addr >= start_addr && addr < end_addr;
231 }
232
233 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
234 {
235         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
236         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
237 }
238
239 static int pcpu_size_to_slot(int size)
240 {
241         if (size == pcpu_unit_size)
242                 return pcpu_free_slot;
243         return __pcpu_size_to_slot(size);
244 }
245
246 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
247 {
248         const struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
249
250         if (chunk->free_bytes < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE ||
251             chunk_md->contig_hint == 0)
252                 return 0;
253
254         return pcpu_size_to_slot(chunk_md->contig_hint * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
255 }
256
257 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
258 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
259 {
260         page->index = (unsigned long)pcpu;
261 }
262
263 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
264 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
265 {
266         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
267 }
268
269 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
270 {
271         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
272 }
273
274 static unsigned long pcpu_unit_page_offset(unsigned int cpu, int page_idx)
275 {
276         return pcpu_unit_offsets[cpu] + (page_idx << PAGE_SHIFT);
277 }
278
279 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
280                                      unsigned int cpu, int page_idx)
281 {
282         return (unsigned long)chunk->base_addr +
283                pcpu_unit_page_offset(cpu, page_idx);
284 }
285
286 /*
287  * The following are helper functions to help access bitmaps and convert
288  * between bitmap offsets to address offsets.
289  */
290 static unsigned long *pcpu_index_alloc_map(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
291 {
292         return chunk->alloc_map +
293                (index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS / BITS_PER_LONG);
294 }
295
296 static unsigned long pcpu_off_to_block_index(int off)
297 {
298         return off / PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
299 }
300
301 static unsigned long pcpu_off_to_block_off(int off)
302 {
303         return off & (PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - 1);
304 }
305
306 static unsigned long pcpu_block_off_to_off(int index, int off)
307 {
308         return index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS + off;
309 }
310
311 /**
312  * pcpu_check_block_hint - check against the contig hint
313  * @block: block of interest
314  * @bits: size of allocation
315  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
316  *
317  * Check to see if the allocation can fit in the block's contig hint.
318  * Note, a chunk uses the same hints as a block so this can also check against
319  * the chunk's contig hint.
320  */
321 static bool pcpu_check_block_hint(struct pcpu_block_md *block, int bits,
322                                   size_t align)
323 {
324         int bit_off = ALIGN(block->contig_hint_start, align) -
325                 block->contig_hint_start;
326
327         return bit_off + bits <= block->contig_hint;
328 }
329
330 /*
331  * pcpu_next_hint - determine which hint to use
332  * @block: block of interest
333  * @alloc_bits: size of allocation
334  *
335  * This determines if we should scan based on the scan_hint or first_free.
336  * In general, we want to scan from first_free to fulfill allocations by
337  * first fit.  However, if we know a scan_hint at position scan_hint_start
338  * cannot fulfill an allocation, we can begin scanning from there knowing
339  * the contig_hint will be our fallback.
340  */
341 static int pcpu_next_hint(struct pcpu_block_md *block, int alloc_bits)
342 {
343         /*
344          * The three conditions below determine if we can skip past the
345          * scan_hint.  First, does the scan hint exist.  Second, is the
346          * contig_hint after the scan_hint (possibly not true iff
347          * contig_hint == scan_hint).  Third, is the allocation request
348          * larger than the scan_hint.
349          */
350         if (block->scan_hint &&
351             block->contig_hint_start > block->scan_hint_start &&
352             alloc_bits > block->scan_hint)
353                 return block->scan_hint_start + block->scan_hint;
354
355         return block->first_free;
356 }
357
358 /**
359  * pcpu_next_md_free_region - finds the next hint free area
360  * @chunk: chunk of interest
361  * @bit_off: chunk offset
362  * @bits: size of free area
363  *
364  * Helper function for pcpu_for_each_md_free_region.  It checks
365  * block->contig_hint and performs aggregation across blocks to find the
366  * next hint.  It modifies bit_off and bits in-place to be consumed in the
367  * loop.
368  */
369 static void pcpu_next_md_free_region(struct pcpu_chunk *chunk, int *bit_off,
370                                      int *bits)
371 {
372         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
373         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
374         struct pcpu_block_md *block;
375
376         *bits = 0;
377         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
378              block++, i++) {
379                 /* handles contig area across blocks */
380                 if (*bits) {
381                         *bits += block->left_free;
382                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
383                                 continue;
384                         return;
385                 }
386
387                 /*
388                  * This checks three things.  First is there a contig_hint to
389                  * check.  Second, have we checked this hint before by
390                  * comparing the block_off.  Third, is this the same as the
391                  * right contig hint.  In the last case, it spills over into
392                  * the next block and should be handled by the contig area
393                  * across blocks code.
394                  */
395                 *bits = block->contig_hint;
396                 if (*bits && block->contig_hint_start >= block_off &&
397                     *bits + block->contig_hint_start < PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
398                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i,
399                                         block->contig_hint_start);
400                         return;
401                 }
402                 /* reset to satisfy the second predicate above */
403                 block_off = 0;
404
405                 *bits = block->right_free;
406                 *bit_off = (i + 1) * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free;
407         }
408 }
409
410 /**
411  * pcpu_next_fit_region - finds fit areas for a given allocation request
412  * @chunk: chunk of interest
413  * @alloc_bits: size of allocation
414  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
415  * @bit_off: chunk offset
416  * @bits: size of free area
417  *
418  * Finds the next free region that is viable for use with a given size and
419  * alignment.  This only returns if there is a valid area to be used for this
420  * allocation.  block->first_free is returned if the allocation request fits
421  * within the block to see if the request can be fulfilled prior to the contig
422  * hint.
423  */
424 static void pcpu_next_fit_region(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
425                                  int align, int *bit_off, int *bits)
426 {
427         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
428         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
429         struct pcpu_block_md *block;
430
431         *bits = 0;
432         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
433              block++, i++) {
434                 /* handles contig area across blocks */
435                 if (*bits) {
436                         *bits += block->left_free;
437                         if (*bits >= alloc_bits)
438                                 return;
439                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
440                                 continue;
441                 }
442
443                 /* check block->contig_hint */
444                 *bits = ALIGN(block->contig_hint_start, align) -
445                         block->contig_hint_start;
446                 /*
447                  * This uses the block offset to determine if this has been
448                  * checked in the prior iteration.
449                  */
450                 if (block->contig_hint &&
451                     block->contig_hint_start >= block_off &&
452                     block->contig_hint >= *bits + alloc_bits) {
453                         int start = pcpu_next_hint(block, alloc_bits);
454
455                         *bits += alloc_bits + block->contig_hint_start -
456                                  start;
457                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, start);
458                         return;
459                 }
460                 /* reset to satisfy the second predicate above */
461                 block_off = 0;
462
463                 *bit_off = ALIGN(PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free,
464                                  align);
465                 *bits = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - *bit_off;
466                 *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, *bit_off);
467                 if (*bits >= alloc_bits)
468                         return;
469         }
470
471         /* no valid offsets were found - fail condition */
472         *bit_off = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
473 }
474
475 /*
476  * Metadata free area iterators.  These perform aggregation of free areas
477  * based on the metadata blocks and return the offset @bit_off and size in
478  * bits of the free area @bits.  pcpu_for_each_fit_region only returns when
479  * a fit is found for the allocation request.
480  */
481 #define pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits)              \
482         for (pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits));    \
483              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                  \
484              (bit_off) += (bits) + 1,                                   \
485              pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits)))
486
487 #define pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits)     \
488         for (pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
489                                   &(bits));                                   \
490              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                        \
491              (bit_off) += (bits),                                             \
492              pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
493                                   &(bits)))
494
495 /**
496  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
497  * @size: bytes to allocate
498  * @gfp: allocation flags
499  *
500  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
501  * kzalloc() is used; otherwise, the equivalent of vzalloc() is used.
502  * This is to facilitate passing through whitelisted flags.  The
503  * returned memory is always zeroed.
504  *
505  * RETURNS:
506  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
507  */
508 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size, gfp_t gfp)
509 {
510         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
511                 return NULL;
512
513         if (size <= PAGE_SIZE)
514                 return kzalloc(size, gfp);
515         else
516                 return __vmalloc(size, gfp | __GFP_ZERO);
517 }
518
519 /**
520  * pcpu_mem_free - free memory
521  * @ptr: memory to free
522  *
523  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
524  */
525 static void pcpu_mem_free(void *ptr)
526 {
527         kvfree(ptr);
528 }
529
530 static void __pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot,
531                               bool move_front)
532 {
533         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
534                 if (move_front)
535                         list_move(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[slot]);
536                 else
537                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[slot]);
538         }
539 }
540
541 static void pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot)
542 {
543         __pcpu_chunk_move(chunk, slot, true);
544 }
545
546 /**
547  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
548  * @chunk: chunk of interest
549  * @oslot: the previous slot it was on
550  *
551  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
552  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
553  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
554  * chunk slots.
555  *
556  * CONTEXT:
557  * pcpu_lock.
558  */
559 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
560 {
561         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
562
563         /* leave isolated chunks in-place */
564         if (chunk->isolated)
565                 return;
566
567         if (oslot != nslot)
568                 __pcpu_chunk_move(chunk, nslot, oslot < nslot);
569 }
570
571 static void pcpu_isolate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
572 {
573         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
574
575         if (!chunk->isolated) {
576                 chunk->isolated = true;
577                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= chunk->nr_empty_pop_pages;
578         }
579         list_move(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[pcpu_to_depopulate_slot]);
580 }
581
582 static void pcpu_reintegrate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
583 {
584         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
585
586         if (chunk->isolated) {
587                 chunk->isolated = false;
588                 pcpu_nr_empty_pop_pages += chunk->nr_empty_pop_pages;
589                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
590         }
591 }
592
593 /*
594  * pcpu_update_empty_pages - update empty page counters
595  * @chunk: chunk of interest
596  * @nr: nr of empty pages
597  *
598  * This is used to keep track of the empty pages now based on the premise
599  * a md_block covers a page.  The hint update functions recognize if a block
600  * is made full or broken to calculate deltas for keeping track of free pages.
601  */
602 static inline void pcpu_update_empty_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int nr)
603 {
604         chunk->nr_empty_pop_pages += nr;
605         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && !chunk->isolated)
606                 pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
607 }
608
609 /*
610  * pcpu_region_overlap - determines if two regions overlap
611  * @a: start of first region, inclusive
612  * @b: end of first region, exclusive
613  * @x: start of second region, inclusive
614  * @y: end of second region, exclusive
615  *
616  * This is used to determine if the hint region [a, b) overlaps with the
617  * allocated region [x, y).
618  */
619 static inline bool pcpu_region_overlap(int a, int b, int x, int y)
620 {
621         return (a < y) && (x < b);
622 }
623
624 /**
625  * pcpu_block_update - updates a block given a free area
626  * @block: block of interest
627  * @start: start offset in block
628  * @end: end offset in block
629  *
630  * Updates a block given a known free area.  The region [start, end) is
631  * expected to be the entirety of the free area within a block.  Chooses
632  * the best starting offset if the contig hints are equal.
633  */
634 static void pcpu_block_update(struct pcpu_block_md *block, int start, int end)
635 {
636         int contig = end - start;
637
638         block->first_free = min(block->first_free, start);
639         if (start == 0)
640                 block->left_free = contig;
641
642         if (end == block->nr_bits)
643                 block->right_free = contig;
644
645         if (contig > block->contig_hint) {
646                 /* promote the old contig_hint to be the new scan_hint */
647                 if (start > block->contig_hint_start) {
648                         if (block->contig_hint > block->scan_hint) {
649                                 block->scan_hint_start =
650                                         block->contig_hint_start;
651                                 block->scan_hint = block->contig_hint;
652                         } else if (start < block->scan_hint_start) {
653                                 /*
654                                  * The old contig_hint == scan_hint.  But, the
655                                  * new contig is larger so hold the invariant
656                                  * scan_hint_start < contig_hint_start.
657                                  */
658                                 block->scan_hint = 0;
659                         }
660                 } else {
661                         block->scan_hint = 0;
662                 }
663                 block->contig_hint_start = start;
664                 block->contig_hint = contig;
665         } else if (contig == block->contig_hint) {
666                 if (block->contig_hint_start &&
667                     (!start ||
668                      __ffs(start) > __ffs(block->contig_hint_start))) {
669                         /* start has a better alignment so use it */
670                         block->contig_hint_start = start;
671                         if (start < block->scan_hint_start &&
672                             block->contig_hint > block->scan_hint)
673                                 block->scan_hint = 0;
674                 } else if (start > block->scan_hint_start ||
675                            block->contig_hint > block->scan_hint) {
676                         /*
677                          * Knowing contig == contig_hint, update the scan_hint
678                          * if it is farther than or larger than the current
679                          * scan_hint.
680                          */
681                         block->scan_hint_start = start;
682                         block->scan_hint = contig;
683                 }
684         } else {
685                 /*
686                  * The region is smaller than the contig_hint.  So only update
687                  * the scan_hint if it is larger than or equal and farther than
688                  * the current scan_hint.
689                  */
690                 if ((start < block->contig_hint_start &&
691                      (contig > block->scan_hint ||
692                       (contig == block->scan_hint &&
693                        start > block->scan_hint_start)))) {
694                         block->scan_hint_start = start;
695                         block->scan_hint = contig;
696                 }
697         }
698 }
699
700 /*
701  * pcpu_block_update_scan - update a block given a free area from a scan
702  * @chunk: chunk of interest
703  * @bit_off: chunk offset
704  * @bits: size of free area
705  *
706  * Finding the final allocation spot first goes through pcpu_find_block_fit()
707  * to find a block that can hold the allocation and then pcpu_alloc_area()
708  * where a scan is used.  When allocations require specific alignments,
709  * we can inadvertently create holes which will not be seen in the alloc
710  * or free paths.
711  *
712  * This takes a given free area hole and updates a block as it may change the
713  * scan_hint.  We need to scan backwards to ensure we don't miss free bits
714  * from alignment.
715  */
716 static void pcpu_block_update_scan(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
717                                    int bits)
718 {
719         int s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
720         int e_off = s_off + bits;
721         int s_index, l_bit;
722         struct pcpu_block_md *block;
723
724         if (e_off > PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
725                 return;
726
727         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
728         block = chunk->md_blocks + s_index;
729
730         /* scan backwards in case of alignment skipping free bits */
731         l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index), s_off);
732         s_off = (s_off == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
733
734         pcpu_block_update(block, s_off, e_off);
735 }
736
737 /**
738  * pcpu_chunk_refresh_hint - updates metadata about a chunk
739  * @chunk: chunk of interest
740  * @full_scan: if we should scan from the beginning
741  *
742  * Iterates over the metadata blocks to find the largest contig area.
743  * A full scan can be avoided on the allocation path as this is triggered
744  * if we broke the contig_hint.  In doing so, the scan_hint will be before
745  * the contig_hint or after if the scan_hint == contig_hint.  This cannot
746  * be prevented on freeing as we want to find the largest area possibly
747  * spanning blocks.
748  */
749 static void pcpu_chunk_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, bool full_scan)
750 {
751         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
752         int bit_off, bits;
753
754         /* promote scan_hint to contig_hint */
755         if (!full_scan && chunk_md->scan_hint) {
756                 bit_off = chunk_md->scan_hint_start + chunk_md->scan_hint;
757                 chunk_md->contig_hint_start = chunk_md->scan_hint_start;
758                 chunk_md->contig_hint = chunk_md->scan_hint;
759                 chunk_md->scan_hint = 0;
760         } else {
761                 bit_off = chunk_md->first_free;
762                 chunk_md->contig_hint = 0;
763         }
764
765         bits = 0;
766         pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits)
767                 pcpu_block_update(chunk_md, bit_off, bit_off + bits);
768 }
769
770 /**
771  * pcpu_block_refresh_hint
772  * @chunk: chunk of interest
773  * @index: index of the metadata block
774  *
775  * Scans over the block beginning at first_free and updates the block
776  * metadata accordingly.
777  */
778 static void pcpu_block_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
779 {
780         struct pcpu_block_md *block = chunk->md_blocks + index;
781         unsigned long *alloc_map = pcpu_index_alloc_map(chunk, index);
782         unsigned int start, end;        /* region start, region end */
783
784         /* promote scan_hint to contig_hint */
785         if (block->scan_hint) {
786                 start = block->scan_hint_start + block->scan_hint;
787                 block->contig_hint_start = block->scan_hint_start;
788                 block->contig_hint = block->scan_hint;
789                 block->scan_hint = 0;
790         } else {
791                 start = block->first_free;
792                 block->contig_hint = 0;
793         }
794
795         block->right_free = 0;
796
797         /* iterate over free areas and update the contig hints */
798         for_each_clear_bitrange_from(start, end, alloc_map, PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
799                 pcpu_block_update(block, start, end);
800 }
801
802 /**
803  * pcpu_block_update_hint_alloc - update hint on allocation path
804  * @chunk: chunk of interest
805  * @bit_off: chunk offset
806  * @bits: size of request
807  *
808  * Updates metadata for the allocation path.  The metadata only has to be
809  * refreshed by a full scan iff the chunk's contig hint is broken.  Block level
810  * scans are required if the block's contig hint is broken.
811  */
812 static void pcpu_block_update_hint_alloc(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
813                                          int bits)
814 {
815         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
816         int nr_empty_pages = 0;
817         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
818         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
819         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
820
821         /*
822          * Calculate per block offsets.
823          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
824          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
825          * range.
826          */
827         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
828         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
829         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
830         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
831
832         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
833         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
834
835         /*
836          * Update s_block.
837          * block->first_free must be updated if the allocation takes its place.
838          * If the allocation breaks the contig_hint, a scan is required to
839          * restore this hint.
840          */
841         if (s_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
842                 nr_empty_pages++;
843
844         if (s_off == s_block->first_free)
845                 s_block->first_free = find_next_zero_bit(
846                                         pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
847                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
848                                         s_off + bits);
849
850         if (pcpu_region_overlap(s_block->scan_hint_start,
851                                 s_block->scan_hint_start + s_block->scan_hint,
852                                 s_off,
853                                 s_off + bits))
854                 s_block->scan_hint = 0;
855
856         if (pcpu_region_overlap(s_block->contig_hint_start,
857                                 s_block->contig_hint_start +
858                                 s_block->contig_hint,
859                                 s_off,
860                                 s_off + bits)) {
861                 /* block contig hint is broken - scan to fix it */
862                 if (!s_off)
863                         s_block->left_free = 0;
864                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, s_index);
865         } else {
866                 /* update left and right contig manually */
867                 s_block->left_free = min(s_block->left_free, s_off);
868                 if (s_index == e_index)
869                         s_block->right_free = min_t(int, s_block->right_free,
870                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
871                 else
872                         s_block->right_free = 0;
873         }
874
875         /*
876          * Update e_block.
877          */
878         if (s_index != e_index) {
879                 if (e_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
880                         nr_empty_pages++;
881
882                 /*
883                  * When the allocation is across blocks, the end is along
884                  * the left part of the e_block.
885                  */
886                 e_block->first_free = find_next_zero_bit(
887                                 pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
888                                 PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, e_off);
889
890                 if (e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
891                         /* reset the block */
892                         e_block++;
893                 } else {
894                         if (e_off > e_block->scan_hint_start)
895                                 e_block->scan_hint = 0;
896
897                         e_block->left_free = 0;
898                         if (e_off > e_block->contig_hint_start) {
899                                 /* contig hint is broken - scan to fix it */
900                                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, e_index);
901                         } else {
902                                 e_block->right_free =
903                                         min_t(int, e_block->right_free,
904                                               PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
905                         }
906                 }
907
908                 /* update in-between md_blocks */
909                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
910                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
911                         block->scan_hint = 0;
912                         block->contig_hint = 0;
913                         block->left_free = 0;
914                         block->right_free = 0;
915                 }
916         }
917
918         if (nr_empty_pages)
919                 pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr_empty_pages);
920
921         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->scan_hint_start,
922                                 chunk_md->scan_hint_start +
923                                 chunk_md->scan_hint,
924                                 bit_off,
925                                 bit_off + bits))
926                 chunk_md->scan_hint = 0;
927
928         /*
929          * The only time a full chunk scan is required is if the chunk
930          * contig hint is broken.  Otherwise, it means a smaller space
931          * was used and therefore the chunk contig hint is still correct.
932          */
933         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->contig_hint_start,
934                                 chunk_md->contig_hint_start +
935                                 chunk_md->contig_hint,
936                                 bit_off,
937                                 bit_off + bits))
938                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, false);
939 }
940
941 /**
942  * pcpu_block_update_hint_free - updates the block hints on the free path
943  * @chunk: chunk of interest
944  * @bit_off: chunk offset
945  * @bits: size of request
946  *
947  * Updates metadata for the allocation path.  This avoids a blind block
948  * refresh by making use of the block contig hints.  If this fails, it scans
949  * forward and backward to determine the extent of the free area.  This is
950  * capped at the boundary of blocks.
951  *
952  * A chunk update is triggered if a page becomes free, a block becomes free,
953  * or the free spans across blocks.  This tradeoff is to minimize iterating
954  * over the block metadata to update chunk_md->contig_hint.
955  * chunk_md->contig_hint may be off by up to a page, but it will never be more
956  * than the available space.  If the contig hint is contained in one block, it
957  * will be accurate.
958  */
959 static void pcpu_block_update_hint_free(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
960                                         int bits)
961 {
962         int nr_empty_pages = 0;
963         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
964         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
965         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
966         int start, end;         /* start and end of the whole free area */
967
968         /*
969          * Calculate per block offsets.
970          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
971          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
972          * range.
973          */
974         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
975         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
976         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
977         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
978
979         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
980         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
981
982         /*
983          * Check if the freed area aligns with the block->contig_hint.
984          * If it does, then the scan to find the beginning/end of the
985          * larger free area can be avoided.
986          *
987          * start and end refer to beginning and end of the free area
988          * within each their respective blocks.  This is not necessarily
989          * the entire free area as it may span blocks past the beginning
990          * or end of the block.
991          */
992         start = s_off;
993         if (s_off == s_block->contig_hint + s_block->contig_hint_start) {
994                 start = s_block->contig_hint_start;
995         } else {
996                 /*
997                  * Scan backwards to find the extent of the free area.
998                  * find_last_bit returns the starting bit, so if the start bit
999                  * is returned, that means there was no last bit and the
1000                  * remainder of the chunk is free.
1001                  */
1002                 int l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
1003                                           start);
1004                 start = (start == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
1005         }
1006
1007         end = e_off;
1008         if (e_off == e_block->contig_hint_start)
1009                 end = e_block->contig_hint_start + e_block->contig_hint;
1010         else
1011                 end = find_next_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
1012                                     PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, end);
1013
1014         /* update s_block */
1015         e_off = (s_index == e_index) ? end : PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1016         if (!start && e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
1017                 nr_empty_pages++;
1018         pcpu_block_update(s_block, start, e_off);
1019
1020         /* freeing in the same block */
1021         if (s_index != e_index) {
1022                 /* update e_block */
1023                 if (end == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
1024                         nr_empty_pages++;
1025                 pcpu_block_update(e_block, 0, end);
1026
1027                 /* reset md_blocks in the middle */
1028                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
1029                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
1030                         block->first_free = 0;
1031                         block->scan_hint = 0;
1032                         block->contig_hint_start = 0;
1033                         block->contig_hint = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1034                         block->left_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1035                         block->right_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1036                 }
1037         }
1038
1039         if (nr_empty_pages)
1040                 pcpu_update_empty_pages(chunk, nr_empty_pages);
1041
1042         /*
1043          * Refresh chunk metadata when the free makes a block free or spans
1044          * across blocks.  The contig_hint may be off by up to a page, but if
1045          * the contig_hint is contained in a block, it will be accurate with
1046          * the else condition below.
1047          */
1048         if (((end - start) >= PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) || s_index != e_index)
1049                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, true);
1050         else
1051                 pcpu_block_update(&chunk->chunk_md,
1052                                   pcpu_block_off_to_off(s_index, start),
1053                                   end);
1054 }
1055
1056 /**
1057  * pcpu_is_populated - determines if the region is populated
1058  * @chunk: chunk of interest
1059  * @bit_off: chunk offset
1060  * @bits: size of area
1061  * @next_off: return value for the next offset to start searching
1062  *
1063  * For atomic allocations, check if the backing pages are populated.
1064  *
1065  * RETURNS:
1066  * Bool if the backing pages are populated.
1067  * next_index is to skip over unpopulated blocks in pcpu_find_block_fit.
1068  */
1069 static bool pcpu_is_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off, int bits,
1070                               int *next_off)
1071 {
1072         unsigned int start, end;
1073
1074         start = PFN_DOWN(bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1075         end = PFN_UP((bit_off + bits) * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1076
1077         start = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, start);
1078         if (start >= end)
1079                 return true;
1080
1081         end = find_next_bit(chunk->populated, end, start + 1);
1082
1083         *next_off = end * PAGE_SIZE / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1084         return false;
1085 }
1086
1087 /**
1088  * pcpu_find_block_fit - finds the block index to start searching
1089  * @chunk: chunk of interest
1090  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1091  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE bytes)
1092  * @pop_only: use populated regions only
1093  *
1094  * Given a chunk and an allocation spec, find the offset to begin searching
1095  * for a free region.  This iterates over the bitmap metadata blocks to
1096  * find an offset that will be guaranteed to fit the requirements.  It is
1097  * not quite first fit as if the allocation does not fit in the contig hint
1098  * of a block or chunk, it is skipped.  This errs on the side of caution
1099  * to prevent excess iteration.  Poor alignment can cause the allocator to
1100  * skip over blocks and chunks that have valid free areas.
1101  *
1102  * RETURNS:
1103  * The offset in the bitmap to begin searching.
1104  * -1 if no offset is found.
1105  */
1106 static int pcpu_find_block_fit(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1107                                size_t align, bool pop_only)
1108 {
1109         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1110         int bit_off, bits, next_off;
1111
1112         /*
1113          * This is an optimization to prevent scanning by assuming if the
1114          * allocation cannot fit in the global hint, there is memory pressure
1115          * and creating a new chunk would happen soon.
1116          */
1117         if (!pcpu_check_block_hint(chunk_md, alloc_bits, align))
1118                 return -1;
1119
1120         bit_off = pcpu_next_hint(chunk_md, alloc_bits);
1121         bits = 0;
1122         pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits) {
1123                 if (!pop_only || pcpu_is_populated(chunk, bit_off, bits,
1124                                                    &next_off))
1125                         break;
1126
1127                 bit_off = next_off;
1128                 bits = 0;
1129         }
1130
1131         if (bit_off == pcpu_chunk_map_bits(chunk))
1132                 return -1;
1133
1134         return bit_off;
1135 }
1136
1137 /*
1138  * pcpu_find_zero_area - modified from bitmap_find_next_zero_area_off()
1139  * @map: the address to base the search on
1140  * @size: the bitmap size in bits
1141  * @start: the bitnumber to start searching at
1142  * @nr: the number of zeroed bits we're looking for
1143  * @align_mask: alignment mask for zero area
1144  * @largest_off: offset of the largest area skipped
1145  * @largest_bits: size of the largest area skipped
1146  *
1147  * The @align_mask should be one less than a power of 2.
1148  *
1149  * This is a modified version of bitmap_find_next_zero_area_off() to remember
1150  * the largest area that was skipped.  This is imperfect, but in general is
1151  * good enough.  The largest remembered region is the largest failed region
1152  * seen.  This does not include anything we possibly skipped due to alignment.
1153  * pcpu_block_update_scan() does scan backwards to try and recover what was
1154  * lost to alignment.  While this can cause scanning to miss earlier possible
1155  * free areas, smaller allocations will eventually fill those holes.
1156  */
1157 static unsigned long pcpu_find_zero_area(unsigned long *map,
1158                                          unsigned long size,
1159                                          unsigned long start,
1160                                          unsigned long nr,
1161                                          unsigned long align_mask,
1162                                          unsigned long *largest_off,
1163                                          unsigned long *largest_bits)
1164 {
1165         unsigned long index, end, i, area_off, area_bits;
1166 again:
1167         index = find_next_zero_bit(map, size, start);
1168
1169         /* Align allocation */
1170         index = __ALIGN_MASK(index, align_mask);
1171         area_off = index;
1172
1173         end = index + nr;
1174         if (end > size)
1175                 return end;
1176         i = find_next_bit(map, end, index);
1177         if (i < end) {
1178                 area_bits = i - area_off;
1179                 /* remember largest unused area with best alignment */
1180                 if (area_bits > *largest_bits ||
1181                     (area_bits == *largest_bits && *largest_off &&
1182                      (!area_off || __ffs(area_off) > __ffs(*largest_off)))) {
1183                         *largest_off = area_off;
1184                         *largest_bits = area_bits;
1185                 }
1186
1187                 start = i + 1;
1188                 goto again;
1189         }
1190         return index;
1191 }
1192
1193 /**
1194  * pcpu_alloc_area - allocates an area from a pcpu_chunk
1195  * @chunk: chunk of interest
1196  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1197  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1198  * @start: bit_off to start searching
1199  *
1200  * This function takes in a @start offset to begin searching to fit an
1201  * allocation of @alloc_bits with alignment @align.  It needs to scan
1202  * the allocation map because if it fits within the block's contig hint,
1203  * @start will be block->first_free. This is an attempt to fill the
1204  * allocation prior to breaking the contig hint.  The allocation and
1205  * boundary maps are updated accordingly if it confirms a valid
1206  * free area.
1207  *
1208  * RETURNS:
1209  * Allocated addr offset in @chunk on success.
1210  * -1 if no matching area is found.
1211  */
1212 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1213                            size_t align, int start)
1214 {
1215         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1216         size_t align_mask = (align) ? (align - 1) : 0;
1217         unsigned long area_off = 0, area_bits = 0;
1218         int bit_off, end, oslot;
1219
1220         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1221
1222         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1223
1224         /*
1225          * Search to find a fit.
1226          */
1227         end = min_t(int, start + alloc_bits + PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
1228                     pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1229         bit_off = pcpu_find_zero_area(chunk->alloc_map, end, start, alloc_bits,
1230                                       align_mask, &area_off, &area_bits);
1231         if (bit_off >= end)
1232                 return -1;
1233
1234         if (area_bits)
1235                 pcpu_block_update_scan(chunk, area_off, area_bits);
1236
1237         /* update alloc map */
1238         bitmap_set(chunk->alloc_map, bit_off, alloc_bits);
1239
1240         /* update boundary map */
1241         set_bit(bit_off, chunk->bound_map);
1242         bitmap_clear(chunk->bound_map, bit_off + 1, alloc_bits - 1);
1243         set_bit(bit_off + alloc_bits, chunk->bound_map);
1244
1245         chunk->free_bytes -= alloc_bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1246
1247         /* update first free bit */
1248         if (bit_off == chunk_md->first_free)
1249                 chunk_md->first_free = find_next_zero_bit(
1250                                         chunk->alloc_map,
1251                                         pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1252                                         bit_off + alloc_bits);
1253
1254         pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, bit_off, alloc_bits);
1255
1256         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1257
1258         return bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1259 }
1260
1261 /**
1262  * pcpu_free_area - frees the corresponding offset
1263  * @chunk: chunk of interest
1264  * @off: addr offset into chunk
1265  *
1266  * This function determines the size of an allocation to free using
1267  * the boundary bitmap and clears the allocation map.
1268  *
1269  * RETURNS:
1270  * Number of freed bytes.
1271  */
1272 static int pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off)
1273 {
1274         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1275         int bit_off, bits, end, oslot, freed;
1276
1277         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1278         pcpu_stats_area_dealloc(chunk);
1279
1280         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1281
1282         bit_off = off / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1283
1284         /* find end index */
1285         end = find_next_bit(chunk->bound_map, pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1286                             bit_off + 1);
1287         bits = end - bit_off;
1288         bitmap_clear(chunk->alloc_map, bit_off, bits);
1289
1290         freed = bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1291
1292         /* update metadata */
1293         chunk->free_bytes += freed;
1294
1295         /* update first free bit */
1296         chunk_md->first_free = min(chunk_md->first_free, bit_off);
1297
1298         pcpu_block_update_hint_free(chunk, bit_off, bits);
1299
1300         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1301
1302         return freed;
1303 }
1304
1305 static void pcpu_init_md_block(struct pcpu_block_md *block, int nr_bits)
1306 {
1307         block->scan_hint = 0;
1308         block->contig_hint = nr_bits;
1309         block->left_free = nr_bits;
1310         block->right_free = nr_bits;
1311         block->first_free = 0;
1312         block->nr_bits = nr_bits;
1313 }
1314
1315 static void pcpu_init_md_blocks(struct pcpu_chunk *chunk)
1316 {
1317         struct pcpu_block_md *md_block;
1318
1319         /* init the chunk's block */
1320         pcpu_init_md_block(&chunk->chunk_md, pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1321
1322         for (md_block = chunk->md_blocks;
1323              md_block != chunk->md_blocks + pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
1324              md_block++)
1325                 pcpu_init_md_block(md_block, PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS);
1326 }
1327
1328 /**
1329  * pcpu_alloc_first_chunk - creates chunks that serve the first chunk
1330  * @tmp_addr: the start of the region served
1331  * @map_size: size of the region served
1332  *
1333  * This is responsible for creating the chunks that serve the first chunk.  The
1334  * base_addr is page aligned down of @tmp_addr while the region end is page
1335  * aligned up.  Offsets are kept track of to determine the region served. All
1336  * this is done to appease the bitmap allocator in avoiding partial blocks.
1337  *
1338  * RETURNS:
1339  * Chunk serving the region at @tmp_addr of @map_size.
1340  */
1341 static struct pcpu_chunk * __init pcpu_alloc_first_chunk(unsigned long tmp_addr,
1342                                                          int map_size)
1343 {
1344         struct pcpu_chunk *chunk;
1345         unsigned long aligned_addr, lcm_align;
1346         int start_offset, offset_bits, region_size, region_bits;
1347         size_t alloc_size;
1348
1349         /* region calculations */
1350         aligned_addr = tmp_addr & PAGE_MASK;
1351
1352         start_offset = tmp_addr - aligned_addr;
1353
1354         /*
1355          * Align the end of the region with the LCM of PAGE_SIZE and
1356          * PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE.  One of these constants is a multiple of
1357          * the other.
1358          */
1359         lcm_align = lcm(PAGE_SIZE, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE);
1360         region_size = ALIGN(start_offset + map_size, lcm_align);
1361
1362         /* allocate chunk */
1363         alloc_size = struct_size(chunk, populated,
1364                                  BITS_TO_LONGS(region_size >> PAGE_SHIFT));
1365         chunk = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1366         if (!chunk)
1367                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1368                       alloc_size);
1369
1370         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1371
1372         chunk->base_addr = (void *)aligned_addr;
1373         chunk->start_offset = start_offset;
1374         chunk->end_offset = region_size - chunk->start_offset - map_size;
1375
1376         chunk->nr_pages = region_size >> PAGE_SHIFT;
1377         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1378
1379         alloc_size = BITS_TO_LONGS(region_bits) * sizeof(chunk->alloc_map[0]);
1380         chunk->alloc_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1381         if (!chunk->alloc_map)
1382                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1383                       alloc_size);
1384
1385         alloc_size =
1386                 BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) * sizeof(chunk->bound_map[0]);
1387         chunk->bound_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1388         if (!chunk->bound_map)
1389                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1390                       alloc_size);
1391
1392         alloc_size = pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) * sizeof(chunk->md_blocks[0]);
1393         chunk->md_blocks = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1394         if (!chunk->md_blocks)
1395                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1396                       alloc_size);
1397
1398 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1399         /* first chunk is free to use */
1400         chunk->obj_cgroups = NULL;
1401 #endif
1402         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1403
1404         /* manage populated page bitmap */
1405         chunk->immutable = true;
1406         bitmap_fill(chunk->populated, chunk->nr_pages);
1407         chunk->nr_populated = chunk->nr_pages;
1408         chunk->nr_empty_pop_pages = chunk->nr_pages;
1409
1410         chunk->free_bytes = map_size;
1411
1412         if (chunk->start_offset) {
1413                 /* hide the beginning of the bitmap */
1414                 offset_bits = chunk->start_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1415                 bitmap_set(chunk->alloc_map, 0, offset_bits);
1416                 set_bit(0, chunk->bound_map);
1417                 set_bit(offset_bits, chunk->bound_map);
1418
1419                 chunk->chunk_md.first_free = offset_bits;
1420
1421                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, 0, offset_bits);
1422         }
1423
1424         if (chunk->end_offset) {
1425                 /* hide the end of the bitmap */
1426                 offset_bits = chunk->end_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1427                 bitmap_set(chunk->alloc_map,
1428                            pcpu_chunk_map_bits(chunk) - offset_bits,
1429                            offset_bits);
1430                 set_bit((start_offset + map_size) / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1431                         chunk->bound_map);
1432                 set_bit(region_bits, chunk->bound_map);
1433
1434                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, pcpu_chunk_map_bits(chunk)
1435                                              - offset_bits, offset_bits);
1436         }
1437
1438         return chunk;
1439 }
1440
1441 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(gfp_t gfp)
1442 {
1443         struct pcpu_chunk *chunk;
1444         int region_bits;
1445
1446         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size, gfp);
1447         if (!chunk)
1448                 return NULL;
1449
1450         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1451         chunk->nr_pages = pcpu_unit_pages;
1452         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1453
1454         chunk->alloc_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits) *
1455                                            sizeof(chunk->alloc_map[0]), gfp);
1456         if (!chunk->alloc_map)
1457                 goto alloc_map_fail;
1458
1459         chunk->bound_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) *
1460                                            sizeof(chunk->bound_map[0]), gfp);
1461         if (!chunk->bound_map)
1462                 goto bound_map_fail;
1463
1464         chunk->md_blocks = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) *
1465                                            sizeof(chunk->md_blocks[0]), gfp);
1466         if (!chunk->md_blocks)
1467                 goto md_blocks_fail;
1468
1469 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1470         if (!mem_cgroup_kmem_disabled()) {
1471                 chunk->obj_cgroups =
1472                         pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_map_bits(chunk) *
1473                                         sizeof(struct obj_cgroup *), gfp);
1474                 if (!chunk->obj_cgroups)
1475                         goto objcg_fail;
1476         }
1477 #endif
1478
1479         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1480
1481         /* init metadata */
1482         chunk->free_bytes = chunk->nr_pages * PAGE_SIZE;
1483
1484         return chunk;
1485
1486 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1487 objcg_fail:
1488         pcpu_mem_free(chunk->md_blocks);
1489 #endif
1490 md_blocks_fail:
1491         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1492 bound_map_fail:
1493         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1494 alloc_map_fail:
1495         pcpu_mem_free(chunk);
1496
1497         return NULL;
1498 }
1499
1500 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1501 {
1502         if (!chunk)
1503                 return;
1504 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1505         pcpu_mem_free(chunk->obj_cgroups);
1506 #endif
1507         pcpu_mem_free(chunk->md_blocks);
1508         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1509         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1510         pcpu_mem_free(chunk);
1511 }
1512
1513 /**
1514  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
1515  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
1516  * @page_start: the start page
1517  * @page_end: the end page
1518  *
1519  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
1520  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
1521  * successful population.
1522  */
1523 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start,
1524                                  int page_end)
1525 {
1526         int nr = page_end - page_start;
1527
1528         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1529
1530         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
1531         chunk->nr_populated += nr;
1532         pcpu_nr_populated += nr;
1533
1534         pcpu_update_empty_pages(chunk, nr);
1535 }
1536
1537 /**
1538  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
1539  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
1540  * @page_start: the start page
1541  * @page_end: the end page
1542  *
1543  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
1544  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
1545  * each successful depopulation.
1546  */
1547 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
1548                                    int page_start, int page_end)
1549 {
1550         int nr = page_end - page_start;
1551
1552         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1553
1554         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
1555         chunk->nr_populated -= nr;
1556         pcpu_nr_populated -= nr;
1557
1558         pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr);
1559 }
1560
1561 /*
1562  * Chunk management implementation.
1563  *
1564  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
1565  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
1566  * into this file and compiled together.  The following functions
1567  * should be implemented.
1568  *
1569  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
1570  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
1571  * pcpu_post_unmap_tlb_flush    - flush tlb for the specified range of a chunk
1572  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
1573  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
1574  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
1575  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
1576  */
1577 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1578                                int page_start, int page_end, gfp_t gfp);
1579 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1580                                   int page_start, int page_end);
1581 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
1582                                       int page_start, int page_end);
1583 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(gfp_t gfp);
1584 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
1585 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
1586 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
1587
1588 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
1589 #include "percpu-km.c"
1590 #else
1591 #include "percpu-vm.c"
1592 #endif
1593
1594 /**
1595  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
1596  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
1597  *
1598  * This is an internal function that handles all but static allocations.
1599  * Static percpu address values should never be passed into the allocator.
1600  *
1601  * RETURNS:
1602  * The address of the found chunk.
1603  */
1604 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
1605 {
1606         /* is it in the dynamic region (first chunk)? */
1607         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_first_chunk, addr))
1608                 return pcpu_first_chunk;
1609
1610         /* is it in the reserved region? */
1611         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_reserved_chunk, addr))
1612                 return pcpu_reserved_chunk;
1613
1614         /*
1615          * The address is relative to unit0 which might be unused and
1616          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
1617          * current processor before looking it up in the vmalloc
1618          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
1619          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
1620          */
1621         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
1622         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
1623 }
1624
1625 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1626 static bool pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size_t size, gfp_t gfp,
1627                                       struct obj_cgroup **objcgp)
1628 {
1629         struct obj_cgroup *objcg;
1630
1631         if (!memcg_kmem_enabled() || !(gfp & __GFP_ACCOUNT))
1632                 return true;
1633
1634         objcg = get_obj_cgroup_from_current();
1635         if (!objcg)
1636                 return true;
1637
1638         if (obj_cgroup_charge(objcg, gfp, pcpu_obj_full_size(size))) {
1639                 obj_cgroup_put(objcg);
1640                 return false;
1641         }
1642
1643         *objcgp = objcg;
1644         return true;
1645 }
1646
1647 static void pcpu_memcg_post_alloc_hook(struct obj_cgroup *objcg,
1648                                        struct pcpu_chunk *chunk, int off,
1649                                        size_t size)
1650 {
1651         if (!objcg)
1652                 return;
1653
1654         if (likely(chunk && chunk->obj_cgroups)) {
1655                 chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT] = objcg;
1656
1657                 rcu_read_lock();
1658                 mod_memcg_state(obj_cgroup_memcg(objcg), MEMCG_PERCPU_B,
1659                                 pcpu_obj_full_size(size));
1660                 rcu_read_unlock();
1661         } else {
1662                 obj_cgroup_uncharge(objcg, pcpu_obj_full_size(size));
1663                 obj_cgroup_put(objcg);
1664         }
1665 }
1666
1667 static void pcpu_memcg_free_hook(struct pcpu_chunk *chunk, int off, size_t size)
1668 {
1669         struct obj_cgroup *objcg;
1670
1671         if (unlikely(!chunk->obj_cgroups))
1672                 return;
1673
1674         objcg = chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT];
1675         if (!objcg)
1676                 return;
1677         chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT] = NULL;
1678
1679         obj_cgroup_uncharge(objcg, pcpu_obj_full_size(size));
1680
1681         rcu_read_lock();
1682         mod_memcg_state(obj_cgroup_memcg(objcg), MEMCG_PERCPU_B,
1683                         -pcpu_obj_full_size(size));
1684         rcu_read_unlock();
1685
1686         obj_cgroup_put(objcg);
1687 }
1688
1689 #else /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
1690 static bool
1691 pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size_t size, gfp_t gfp, struct obj_cgroup **objcgp)
1692 {
1693         return true;
1694 }
1695
1696 static void pcpu_memcg_post_alloc_hook(struct obj_cgroup *objcg,
1697                                        struct pcpu_chunk *chunk, int off,
1698                                        size_t size)
1699 {
1700 }
1701
1702 static void pcpu_memcg_free_hook(struct pcpu_chunk *chunk, int off, size_t size)
1703 {
1704 }
1705 #endif /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
1706
1707 /**
1708  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1709  * @size: size of area to allocate in bytes
1710  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1711  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1712  * @gfp: allocation flags
1713  *
1714  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
1715  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic. If @gfp has __GFP_NOWARN
1716  * then no warning will be triggered on invalid or failed allocation
1717  * requests.
1718  *
1719  * RETURNS:
1720  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1721  */
1722 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
1723                                  gfp_t gfp)
1724 {
1725         gfp_t pcpu_gfp;
1726         bool is_atomic;
1727         bool do_warn;
1728         struct obj_cgroup *objcg = NULL;
1729         static int warn_limit = 10;
1730         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1731         const char *err;
1732         int slot, off, cpu, ret;
1733         unsigned long flags;
1734         void __percpu *ptr;
1735         size_t bits, bit_align;
1736
1737         gfp = current_gfp_context(gfp);
1738         /* whitelisted flags that can be passed to the backing allocators */
1739         pcpu_gfp = gfp & (GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN);
1740         is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
1741         do_warn = !(gfp & __GFP_NOWARN);
1742
1743         /*
1744          * There is now a minimum allocation size of PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1745          * therefore alignment must be a minimum of that many bytes.
1746          * An allocation may have internal fragmentation from rounding up
1747          * of up to PCPU_MIN_ALLOC_SIZE - 1 bytes.
1748          */
1749         if (unlikely(align < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE))
1750                 align = PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1751
1752         size = ALIGN(size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1753         bits = size >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1754         bit_align = align >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1755
1756         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE ||
1757                      !is_power_of_2(align))) {
1758                 WARN(do_warn, "illegal size (%zu) or align (%zu) for percpu allocation\n",
1759                      size, align);
1760                 return NULL;
1761         }
1762
1763         if (unlikely(!pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size, gfp, &objcg)))
1764                 return NULL;
1765
1766         if (!is_atomic) {
1767                 /*
1768                  * pcpu_balance_workfn() allocates memory under this mutex,
1769                  * and it may wait for memory reclaim. Allow current task
1770                  * to become OOM victim, in case of memory pressure.
1771                  */
1772                 if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
1773                         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1774                 } else if (mutex_lock_killable(&pcpu_alloc_mutex)) {
1775                         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, NULL, 0, size);
1776                         return NULL;
1777                 }
1778         }
1779
1780         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1781
1782         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1783         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1784                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1785
1786                 off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align, is_atomic);
1787                 if (off < 0) {
1788                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1789                         goto fail_unlock;
1790                 }
1791
1792                 off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1793                 if (off >= 0)
1794                         goto area_found;
1795
1796                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1797                 goto fail_unlock;
1798         }
1799
1800 restart:
1801         /* search through normal chunks */
1802         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot <= pcpu_free_slot; slot++) {
1803                 list_for_each_entry_safe(chunk, next, &pcpu_chunk_lists[slot],
1804                                          list) {
1805                         off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align,
1806                                                   is_atomic);
1807                         if (off < 0) {
1808                                 if (slot < PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD)
1809                                         pcpu_chunk_move(chunk, 0);
1810                                 continue;
1811                         }
1812
1813                         off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1814                         if (off >= 0) {
1815                                 pcpu_reintegrate_chunk(chunk);
1816                                 goto area_found;
1817                         }
1818                 }
1819         }
1820
1821         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1822
1823         /*
1824          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
1825          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
1826          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
1827          */
1828         if (is_atomic) {
1829                 err = "atomic alloc failed, no space left";
1830                 goto fail;
1831         }
1832
1833         if (list_empty(&pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot])) {
1834                 chunk = pcpu_create_chunk(pcpu_gfp);
1835                 if (!chunk) {
1836                         err = "failed to allocate new chunk";
1837                         goto fail;
1838                 }
1839
1840                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1841                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1842         } else {
1843                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1844         }
1845
1846         goto restart;
1847
1848 area_found:
1849         pcpu_stats_area_alloc(chunk, size);
1850         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1851
1852         /* populate if not all pages are already there */
1853         if (!is_atomic) {
1854                 unsigned int page_end, rs, re;
1855
1856                 rs = PFN_DOWN(off);
1857                 page_end = PFN_UP(off + size);
1858
1859                 for_each_clear_bitrange_from(rs, re, chunk->populated, page_end) {
1860                         WARN_ON(chunk->immutable);
1861
1862                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re, pcpu_gfp);
1863
1864                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1865                         if (ret) {
1866                                 pcpu_free_area(chunk, off);
1867                                 err = "failed to populate";
1868                                 goto fail_unlock;
1869                         }
1870                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1871                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1872                 }
1873
1874                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1875         }
1876
1877         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1878                 pcpu_schedule_balance_work();
1879
1880         /* clear the areas and return address relative to base address */
1881         for_each_possible_cpu(cpu)
1882                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1883
1884         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1885         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1886
1887         trace_percpu_alloc_percpu(_RET_IP_, reserved, is_atomic, size, align,
1888                                   chunk->base_addr, off, ptr,
1889                                   pcpu_obj_full_size(size), gfp);
1890
1891         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, chunk, off, size);
1892
1893         return ptr;
1894
1895 fail_unlock:
1896         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1897 fail:
1898         trace_percpu_alloc_percpu_fail(reserved, is_atomic, size, align);
1899
1900         if (!is_atomic && do_warn && warn_limit) {
1901                 pr_warn("allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1902                         size, align, is_atomic, err);
1903                 dump_stack();
1904                 if (!--warn_limit)
1905                         pr_info("limit reached, disable warning\n");
1906         }
1907         if (is_atomic) {
1908                 /* see the flag handling in pcpu_balance_workfn() */
1909                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1910                 pcpu_schedule_balance_work();
1911         } else {
1912                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1913         }
1914
1915         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, NULL, 0, size);
1916
1917         return NULL;
1918 }
1919
1920 /**
1921  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1922  * @size: size of area to allocate in bytes
1923  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1924  * @gfp: allocation flags
1925  *
1926  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1927  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1928  * be called from any context but is a lot more likely to fail. If @gfp
1929  * has __GFP_NOWARN then no warning will be triggered on invalid or failed
1930  * allocation requests.
1931  *
1932  * RETURNS:
1933  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1934  */
1935 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1936 {
1937         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1938 }
1939 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1940
1941 /**
1942  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1943  * @size: size of area to allocate in bytes
1944  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1945  *
1946  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1947  */
1948 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1949 {
1950         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1951 }
1952 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1953
1954 /**
1955  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1956  * @size: size of area to allocate in bytes
1957  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1958  *
1959  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1960  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1961  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1962  * Might trigger writeouts.
1963  *
1964  * CONTEXT:
1965  * Does GFP_KERNEL allocation.
1966  *
1967  * RETURNS:
1968  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1969  */
1970 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1971 {
1972         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1973 }
1974
1975 /**
1976  * pcpu_balance_free - manage the amount of free chunks
1977  * @empty_only: free chunks only if there are no populated pages
1978  *
1979  * If empty_only is %false, reclaim all fully free chunks regardless of the
1980  * number of populated pages.  Otherwise, only reclaim chunks that have no
1981  * populated pages.
1982  *
1983  * CONTEXT:
1984  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
1985  */
1986 static void pcpu_balance_free(bool empty_only)
1987 {
1988         LIST_HEAD(to_free);
1989         struct list_head *free_head = &pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot];
1990         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1991
1992         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1993
1994         /*
1995          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1996          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1997          */
1998         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1999                 WARN_ON(chunk->immutable);
2000
2001                 /* spare the first one */
2002                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
2003                         continue;
2004
2005                 if (!empty_only || chunk->nr_empty_pop_pages == 0)
2006                         list_move(&chunk->list, &to_free);
2007         }
2008
2009         if (list_empty(&to_free))
2010                 return;
2011
2012         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2013         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
2014                 unsigned int rs, re;
2015
2016                 for_each_set_bitrange(rs, re, chunk->populated, chunk->nr_pages) {
2017                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
2018                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2019                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
2020                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2021                 }
2022                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
2023                 cond_resched();
2024         }
2025         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2026 }
2027
2028 /**
2029  * pcpu_balance_populated - manage the amount of populated pages
2030  *
2031  * Maintain a certain amount of populated pages to satisfy atomic allocations.
2032  * It is possible that this is called when physical memory is scarce causing
2033  * OOM killer to be triggered.  We should avoid doing so until an actual
2034  * allocation causes the failure as it is possible that requests can be
2035  * serviced from already backed regions.
2036  *
2037  * CONTEXT:
2038  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
2039  */
2040 static void pcpu_balance_populated(void)
2041 {
2042         /* gfp flags passed to underlying allocators */
2043         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
2044         struct pcpu_chunk *chunk;
2045         int slot, nr_to_pop, ret;
2046
2047         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
2048
2049         /*
2050          * Ensure there are certain number of free populated pages for
2051          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
2052          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
2053          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
2054          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
2055          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
2056          * something we support properly and can be highly unreliable and
2057          * inefficient.
2058          */
2059 retry_pop:
2060         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
2061                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
2062                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
2063                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
2064         } else {
2065                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
2066                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
2067                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
2068         }
2069
2070         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot <= pcpu_free_slot; slot++) {
2071                 unsigned int nr_unpop = 0, rs, re;
2072
2073                 if (!nr_to_pop)
2074                         break;
2075
2076                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_chunk_lists[slot], list) {
2077                         nr_unpop = chunk->nr_pages - chunk->nr_populated;
2078                         if (nr_unpop)
2079                                 break;
2080                 }
2081
2082                 if (!nr_unpop)
2083                         continue;
2084
2085                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
2086                 for_each_clear_bitrange(rs, re, chunk->populated, chunk->nr_pages) {
2087                         int nr = min_t(int, re - rs, nr_to_pop);
2088
2089                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2090                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr, gfp);
2091                         cond_resched();
2092                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2093                         if (!ret) {
2094                                 nr_to_pop -= nr;
2095                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
2096                         } else {
2097                                 nr_to_pop = 0;
2098                         }
2099
2100                         if (!nr_to_pop)
2101                                 break;
2102                 }
2103         }
2104
2105         if (nr_to_pop) {
2106                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
2107                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2108                 chunk = pcpu_create_chunk(gfp);
2109                 cond_resched();
2110                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2111                 if (chunk) {
2112                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
2113                         goto retry_pop;
2114                 }
2115         }
2116 }
2117
2118 /**
2119  * pcpu_reclaim_populated - scan over to_depopulate chunks and free empty pages
2120  *
2121  * Scan over chunks in the depopulate list and try to release unused populated
2122  * pages back to the system.  Depopulated chunks are sidelined to prevent
2123  * repopulating these pages unless required.  Fully free chunks are reintegrated
2124  * and freed accordingly (1 is kept around).  If we drop below the empty
2125  * populated pages threshold, reintegrate the chunk if it has empty free pages.
2126  * Each chunk is scanned in the reverse order to keep populated pages close to
2127  * the beginning of the chunk.
2128  *
2129  * CONTEXT:
2130  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
2131  *
2132  */
2133 static void pcpu_reclaim_populated(void)
2134 {
2135         struct pcpu_chunk *chunk;
2136         struct pcpu_block_md *block;
2137         int freed_page_start, freed_page_end;
2138         int i, end;
2139         bool reintegrate;
2140
2141         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
2142
2143         /*
2144          * Once a chunk is isolated to the to_depopulate list, the chunk is no
2145          * longer discoverable to allocations whom may populate pages.  The only
2146          * other accessor is the free path which only returns area back to the
2147          * allocator not touching the populated bitmap.
2148          */
2149         while (!list_empty(&pcpu_chunk_lists[pcpu_to_depopulate_slot])) {
2150                 chunk = list_first_entry(&pcpu_chunk_lists[pcpu_to_depopulate_slot],
2151                                          struct pcpu_chunk, list);
2152                 WARN_ON(chunk->immutable);
2153
2154                 /*
2155                  * Scan chunk's pages in the reverse order to keep populated
2156                  * pages close to the beginning of the chunk.
2157                  */
2158                 freed_page_start = chunk->nr_pages;
2159                 freed_page_end = 0;
2160                 reintegrate = false;
2161                 for (i = chunk->nr_pages - 1, end = -1; i >= 0; i--) {
2162                         /* no more work to do */
2163                         if (chunk->nr_empty_pop_pages == 0)
2164                                 break;
2165
2166                         /* reintegrate chunk to prevent atomic alloc failures */
2167                         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH) {
2168                                 reintegrate = true;
2169                                 goto end_chunk;
2170                         }
2171
2172                         /*
2173                          * If the page is empty and populated, start or
2174                          * extend the (i, end) range.  If i == 0, decrease
2175                          * i and perform the depopulation to cover the last
2176                          * (first) page in the chunk.
2177                          */
2178                         block = chunk->md_blocks + i;
2179                         if (block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS &&
2180                             test_bit(i, chunk->populated)) {
2181                                 if (end == -1)
2182                                         end = i;
2183                                 if (i > 0)
2184                                         continue;
2185                                 i--;
2186                         }
2187
2188                         /* depopulate if there is an active range */
2189                         if (end == -1)
2190                                 continue;
2191
2192                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2193                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, i + 1, end + 1);
2194                         cond_resched();
2195                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2196
2197                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, i + 1, end + 1);
2198                         freed_page_start = min(freed_page_start, i + 1);
2199                         freed_page_end = max(freed_page_end, end + 1);
2200
2201                         /* reset the range and continue */
2202                         end = -1;
2203                 }
2204
2205 end_chunk:
2206                 /* batch tlb flush per chunk to amortize cost */
2207                 if (freed_page_start < freed_page_end) {
2208                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2209                         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk,
2210                                                   freed_page_start,
2211                                                   freed_page_end);
2212                         cond_resched();
2213                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2214                 }
2215
2216                 if (reintegrate || chunk->free_bytes == pcpu_unit_size)
2217                         pcpu_reintegrate_chunk(chunk);
2218                 else
2219                         list_move_tail(&chunk->list,
2220                                        &pcpu_chunk_lists[pcpu_sidelined_slot]);
2221         }
2222 }
2223
2224 /**
2225  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
2226  * @work: unused
2227  *
2228  * For each chunk type, manage the number of fully free chunks and the number of
2229  * populated pages.  An important thing to consider is when pages are freed and
2230  * how they contribute to the global counts.
2231  */
2232 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
2233 {
2234         /*
2235          * pcpu_balance_free() is called twice because the first time we may
2236          * trim pages in the active pcpu_nr_empty_pop_pages which may cause us
2237          * to grow other chunks.  This then gives pcpu_reclaim_populated() time
2238          * to move fully free chunks to the active list to be freed if
2239          * appropriate.
2240          */
2241         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
2242         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2243
2244         pcpu_balance_free(false);
2245         pcpu_reclaim_populated();
2246         pcpu_balance_populated();
2247         pcpu_balance_free(true);
2248
2249         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2250         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
2251 }
2252
2253 /**
2254  * free_percpu - free percpu area
2255  * @ptr: pointer to area to free
2256  *
2257  * Free percpu area @ptr.
2258  *
2259  * CONTEXT:
2260  * Can be called from atomic context.
2261  */
2262 void free_percpu(void __percpu *ptr)
2263 {
2264         void *addr;
2265         struct pcpu_chunk *chunk;
2266         unsigned long flags;
2267         int size, off;
2268         bool need_balance = false;
2269
2270         if (!ptr)
2271                 return;
2272
2273         kmemleak_free_percpu(ptr);
2274
2275         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
2276
2277         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2278
2279         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
2280         off = addr - chunk->base_addr;
2281
2282         size = pcpu_free_area(chunk, off);
2283
2284         pcpu_memcg_free_hook(chunk, off, size);
2285
2286         /*
2287          * If there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper.
2288          * If the chunk is isolated, it may be in the process of being
2289          * reclaimed.  Let reclaim manage cleaning up of that chunk.
2290          */
2291         if (!chunk->isolated && chunk->free_bytes == pcpu_unit_size) {
2292                 struct pcpu_chunk *pos;
2293
2294                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot], list)
2295                         if (pos != chunk) {
2296                                 need_balance = true;
2297                                 break;
2298                         }
2299         } else if (pcpu_should_reclaim_chunk(chunk)) {
2300                 pcpu_isolate_chunk(chunk);
2301                 need_balance = true;
2302         }
2303
2304         trace_percpu_free_percpu(chunk->base_addr, off, ptr);
2305
2306         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2307
2308         if (need_balance)
2309                 pcpu_schedule_balance_work();
2310 }
2311 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
2312
2313 bool __is_kernel_percpu_address(unsigned long addr, unsigned long *can_addr)
2314 {
2315 #ifdef CONFIG_SMP
2316         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2317         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2318         unsigned int cpu;
2319
2320         for_each_possible_cpu(cpu) {
2321                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2322                 void *va = (void *)addr;
2323
2324                 if (va >= start && va < start + static_size) {
2325                         if (can_addr) {
2326                                 *can_addr = (unsigned long) (va - start);
2327                                 *can_addr += (unsigned long)
2328                                         per_cpu_ptr(base, get_boot_cpu_id());
2329                         }
2330                         return true;
2331                 }
2332         }
2333 #endif
2334         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
2335         return false;
2336 }
2337
2338 /**
2339  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
2340  * @addr: address to test
2341  *
2342  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
2343  * static percpu areas are not considered.  For those, use
2344  * is_module_percpu_address().
2345  *
2346  * RETURNS:
2347  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
2348  */
2349 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
2350 {
2351         return __is_kernel_percpu_address(addr, NULL);
2352 }
2353
2354 /**
2355  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
2356  * @addr: the address to be converted to physical address
2357  *
2358  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
2359  * percpu access macros, this function translates it into its physical
2360  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
2361  * until this function finishes.
2362  *
2363  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
2364  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
2365  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
2366  * km) provides translation.
2367  *
2368  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
2369  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
2370  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
2371  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
2372  * code.
2373  *
2374  * RETURNS:
2375  * The physical address for @addr.
2376  */
2377 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
2378 {
2379         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2380         bool in_first_chunk = false;
2381         unsigned long first_low, first_high;
2382         unsigned int cpu;
2383
2384         /*
2385          * The following test on unit_low/high isn't strictly
2386          * necessary but will speed up lookups of addresses which
2387          * aren't in the first chunk.
2388          *
2389          * The address check is against full chunk sizes.  pcpu_base_addr
2390          * points to the beginning of the first chunk including the
2391          * static region.  Assumes good intent as the first chunk may
2392          * not be full (ie. < pcpu_unit_pages in size).
2393          */
2394         first_low = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2395                     pcpu_unit_page_offset(pcpu_low_unit_cpu, 0);
2396         first_high = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2397                      pcpu_unit_page_offset(pcpu_high_unit_cpu, pcpu_unit_pages);
2398         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
2399             (unsigned long)addr < first_high) {
2400                 for_each_possible_cpu(cpu) {
2401                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2402
2403                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
2404                                 in_first_chunk = true;
2405                                 break;
2406                         }
2407                 }
2408         }
2409
2410         if (in_first_chunk) {
2411                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
2412                         return __pa(addr);
2413                 else
2414                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
2415                                offset_in_page(addr);
2416         } else
2417                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
2418                        offset_in_page(addr);
2419 }
2420
2421 /**
2422  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
2423  * @nr_groups: the number of groups
2424  * @nr_units: the number of units
2425  *
2426  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
2427  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
2428  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
2429  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
2430  * pointer of other groups.
2431  *
2432  * RETURNS:
2433  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
2434  * failure.
2435  */
2436 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
2437                                                       int nr_units)
2438 {
2439         struct pcpu_alloc_info *ai;
2440         size_t base_size, ai_size;
2441         void *ptr;
2442         int unit;
2443
2444         base_size = ALIGN(struct_size(ai, groups, nr_groups),
2445                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
2446         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
2447
2448         ptr = memblock_alloc(PFN_ALIGN(ai_size), PAGE_SIZE);
2449         if (!ptr)
2450                 return NULL;
2451         ai = ptr;
2452         ptr += base_size;
2453
2454         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
2455
2456         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
2457                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
2458
2459         ai->nr_groups = nr_groups;
2460         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
2461
2462         return ai;
2463 }
2464
2465 /**
2466  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
2467  * @ai: pcpu_alloc_info to free
2468  *
2469  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
2470  */
2471 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
2472 {
2473         memblock_free(ai, ai->__ai_size);
2474 }
2475
2476 /**
2477  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
2478  * @lvl: loglevel
2479  * @ai: allocation info to dump
2480  *
2481  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
2482  */
2483 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
2484                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
2485 {
2486         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
2487         char empty_str[] = "--------";
2488         int alloc = 0, alloc_end = 0;
2489         int group, v;
2490         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
2491
2492         v = ai->nr_groups;
2493         while (v /= 10)
2494                 group_width++;
2495
2496         v = num_possible_cpus();
2497         while (v /= 10)
2498                 cpu_width++;
2499         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
2500
2501         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
2502         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
2503         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
2504
2505         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
2506                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
2507                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
2508
2509         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2510                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2511                 int unit = 0, unit_end = 0;
2512
2513                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
2514                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
2515                      alloc < alloc_end; alloc++) {
2516                         if (!(alloc % apl)) {
2517                                 pr_cont("\n");
2518                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
2519                         }
2520                         pr_cont("[%0*d] ", group_width, group);
2521
2522                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
2523                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
2524                                         pr_cont("%0*d ",
2525                                                 cpu_width, gi->cpu_map[unit]);
2526                                 else
2527                                         pr_cont("%s ", empty_str);
2528                 }
2529         }
2530         pr_cont("\n");
2531 }
2532
2533 /**
2534  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
2535  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
2536  * @base_addr: mapped address
2537  *
2538  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
2539  * percpu area.  This function is to be called from arch percpu area
2540  * setup path.
2541  *
2542  * @ai contains all information necessary to initialize the first
2543  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
2544  *
2545  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
2546  *
2547  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
2548  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
2549  * the first chunk such that it's available only through reserved
2550  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
2551  * static areas on architectures where the addressing model has
2552  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
2553  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
2554  *
2555  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
2556  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
2557  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
2558  *
2559  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
2560  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
2561  * @ai->dyn_size.
2562  *
2563  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
2564  * for vm areas.
2565  *
2566  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
2567  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
2568  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
2569  *
2570  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
2571  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
2572  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
2573  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
2574  * all units is assumed.
2575  *
2576  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
2577  * copied static data to each unit.
2578  *
2579  * The first chunk will always contain a static and a dynamic region.
2580  * However, the static region is not managed by any chunk.  If the first
2581  * chunk also contains a reserved region, it is served by two chunks -
2582  * one for the reserved region and one for the dynamic region.  They
2583  * share the same vm, but use offset regions in the area allocation map.
2584  * The chunk serving the dynamic region is circulated in the chunk slots
2585  * and available for dynamic allocation like any other chunk.
2586  */
2587 void __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
2588                                    void *base_addr)
2589 {
2590         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
2591         size_t static_size, dyn_size;
2592         struct pcpu_chunk *chunk;
2593         unsigned long *group_offsets;
2594         size_t *group_sizes;
2595         unsigned long *unit_off;
2596         unsigned int cpu;
2597         int *unit_map;
2598         int group, unit, i;
2599         int map_size;
2600         unsigned long tmp_addr;
2601         size_t alloc_size;
2602
2603 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
2604         if (unlikely(cond)) {                                           \
2605                 pr_emerg("failed to initialize, %s\n", #cond);          \
2606                 pr_emerg("cpu_possible_mask=%*pb\n",                    \
2607                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
2608                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
2609                 BUG();                                                  \
2610         }                                                               \
2611 } while (0)
2612
2613         /* sanity checks */
2614         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
2615 #ifdef CONFIG_SMP
2616         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
2617         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
2618 #endif
2619         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
2620         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
2621         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
2622         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
2623         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2624         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->unit_size, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE));
2625         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
2626         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->dyn_size);
2627         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->reserved_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE));
2628         PCPU_SETUP_BUG_ON(!(IS_ALIGNED(PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE, PAGE_SIZE) ||
2629                             IS_ALIGNED(PAGE_SIZE, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE)));
2630         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
2631
2632         /* process group information and build config tables accordingly */
2633         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]);
2634         group_offsets = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2635         if (!group_offsets)
2636                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2637                       alloc_size);
2638
2639         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]);
2640         group_sizes = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2641         if (!group_sizes)
2642                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2643                       alloc_size);
2644
2645         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]);
2646         unit_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2647         if (!unit_map)
2648                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2649                       alloc_size);
2650
2651         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]);
2652         unit_off = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2653         if (!unit_off)
2654                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2655                       alloc_size);
2656
2657         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
2658                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
2659
2660         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
2661         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
2662
2663         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
2664                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2665
2666                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
2667                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
2668
2669                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
2670                         cpu = gi->cpu_map[i];
2671                         if (cpu == NR_CPUS)
2672                                 continue;
2673
2674                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
2675                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
2676                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
2677
2678                         unit_map[cpu] = unit + i;
2679                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
2680
2681                         /* determine low/high unit_cpu */
2682                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
2683                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
2684                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
2685                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
2686                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
2687                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
2688                 }
2689         }
2690         pcpu_nr_units = unit;
2691
2692         for_each_possible_cpu(cpu)
2693                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
2694
2695         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
2696 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
2697         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
2698
2699         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
2700         pcpu_group_offsets = group_offsets;
2701         pcpu_group_sizes = group_sizes;
2702         pcpu_unit_map = unit_map;
2703         pcpu_unit_offsets = unit_off;
2704
2705         /* determine basic parameters */
2706         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2707         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
2708         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
2709         pcpu_chunk_struct_size = struct_size(chunk, populated,
2710                                              BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages));
2711
2712         pcpu_stats_save_ai(ai);
2713
2714         /*
2715          * Allocate chunk slots.  The slots after the active slots are:
2716          *   sidelined_slot - isolated, depopulated chunks
2717          *   free_slot - fully free chunks
2718          *   to_depopulate_slot - isolated, chunks to depopulate
2719          */
2720         pcpu_sidelined_slot = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 1;
2721         pcpu_free_slot = pcpu_sidelined_slot + 1;
2722         pcpu_to_depopulate_slot = pcpu_free_slot + 1;
2723         pcpu_nr_slots = pcpu_to_depopulate_slot + 1;
2724         pcpu_chunk_lists = memblock_alloc(pcpu_nr_slots *
2725                                           sizeof(pcpu_chunk_lists[0]),
2726                                           SMP_CACHE_BYTES);
2727         if (!pcpu_chunk_lists)
2728                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2729                       pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_chunk_lists[0]));
2730
2731         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
2732                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_chunk_lists[i]);
2733
2734         /*
2735          * The end of the static region needs to be aligned with the
2736          * minimum allocation size as this offsets the reserved and
2737          * dynamic region.  The first chunk ends page aligned by
2738          * expanding the dynamic region, therefore the dynamic region
2739          * can be shrunk to compensate while still staying above the
2740          * configured sizes.
2741          */
2742         static_size = ALIGN(ai->static_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
2743         dyn_size = ai->dyn_size - (static_size - ai->static_size);
2744
2745         /*
2746          * Initialize first chunk.
2747          * If the reserved_size is non-zero, this initializes the reserved
2748          * chunk.  If the reserved_size is zero, the reserved chunk is NULL
2749          * and the dynamic region is initialized here.  The first chunk,
2750          * pcpu_first_chunk, will always point to the chunk that serves
2751          * the dynamic region.
2752          */
2753         tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size;
2754         map_size = ai->reserved_size ?: dyn_size;
2755         chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2756
2757         /* init dynamic chunk if necessary */
2758         if (ai->reserved_size) {
2759                 pcpu_reserved_chunk = chunk;
2760
2761                 tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size +
2762                            ai->reserved_size;
2763                 map_size = dyn_size;
2764                 chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2765         }
2766
2767         /* link the first chunk in */
2768         pcpu_first_chunk = chunk;
2769         pcpu_nr_empty_pop_pages = pcpu_first_chunk->nr_empty_pop_pages;
2770         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
2771
2772         /* include all regions of the first chunk */
2773         pcpu_nr_populated += PFN_DOWN(size_sum);
2774
2775         pcpu_stats_chunk_alloc();
2776         trace_percpu_create_chunk(base_addr);
2777
2778         /* we're done */
2779         pcpu_base_addr = base_addr;
2780 }
2781
2782 #ifdef CONFIG_SMP
2783
2784 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
2785         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
2786         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
2787         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
2788 };
2789
2790 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
2791
2792 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
2793 {
2794         if (!str)
2795                 return -EINVAL;
2796
2797         if (0)
2798                 /* nada */;
2799 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
2800         else if (!strcmp(str, "embed"))
2801                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
2802 #endif
2803 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2804         else if (!strcmp(str, "page"))
2805                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
2806 #endif
2807         else
2808                 pr_warn("unknown allocator %s specified\n", str);
2809
2810         return 0;
2811 }
2812 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
2813
2814 /*
2815  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
2816  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
2817  * to be used.
2818  */
2819 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
2820         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
2821 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
2822 #endif
2823
2824 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
2825 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
2826 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2827 #endif
2828
2829 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
2830 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
2831 /**
2832  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
2833  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2834  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
2835  * @atom_size: allocation atom size
2836  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
2837  *
2838  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
2839  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
2840  * atom size and distances between CPUs.
2841  *
2842  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
2843  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
2844  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
2845  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
2846  * of allocated virtual address space.
2847  *
2848  * RETURNS:
2849  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
2850  * failure, ERR_PTR value is returned.
2851  */
2852 static struct pcpu_alloc_info * __init __flatten pcpu_build_alloc_info(
2853                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
2854                                 size_t atom_size,
2855                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
2856 {
2857         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
2858         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
2859         static struct cpumask mask __initdata;
2860         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2861         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
2862         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
2863         int upa, max_upa, best_upa;     /* units_per_alloc */
2864         int last_allocs, group, unit;
2865         unsigned int cpu, tcpu;
2866         struct pcpu_alloc_info *ai;
2867         unsigned int *cpu_map;
2868
2869         /* this function may be called multiple times */
2870         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
2871         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
2872         cpumask_clear(&mask);
2873
2874         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
2875         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
2876                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
2877         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
2878
2879         /*
2880          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
2881          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
2882          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
2883          * or larger than min_unit_size.
2884          */
2885         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2886
2887         /* determine the maximum # of units that can fit in an allocation */
2888         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
2889         upa = alloc_size / min_unit_size;
2890         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2891                 upa--;
2892         max_upa = upa;
2893
2894         cpumask_copy(&mask, cpu_possible_mask);
2895
2896         /* group cpus according to their proximity */
2897         for (group = 0; !cpumask_empty(&mask); group++) {
2898                 /* pop the group's first cpu */
2899                 cpu = cpumask_first(&mask);
2900                 group_map[cpu] = group;
2901                 group_cnt[group]++;
2902                 cpumask_clear_cpu(cpu, &mask);
2903
2904                 for_each_cpu(tcpu, &mask) {
2905                         if (!cpu_distance_fn ||
2906                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) == LOCAL_DISTANCE &&
2907                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) == LOCAL_DISTANCE)) {
2908                                 group_map[tcpu] = group;
2909                                 group_cnt[group]++;
2910                                 cpumask_clear_cpu(tcpu, &mask);
2911                         }
2912                 }
2913         }
2914         nr_groups = group;
2915
2916         /*
2917          * Wasted space is caused by a ratio imbalance of upa to group_cnt.
2918          * Expand the unit_size until we use >= 75% of the units allocated.
2919          * Related to atom_size, which could be much larger than the unit_size.
2920          */
2921         last_allocs = INT_MAX;
2922         best_upa = 0;
2923         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
2924                 int allocs = 0, wasted = 0;
2925
2926                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2927                         continue;
2928
2929                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2930                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
2931                         allocs += this_allocs;
2932                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
2933                 }
2934
2935                 /*
2936                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
2937                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
2938                  * passes the following check.
2939                  */
2940                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
2941                         continue;
2942
2943                 /* and then don't consume more memory */
2944                 if (allocs > last_allocs)
2945                         break;
2946                 last_allocs = allocs;
2947                 best_upa = upa;
2948         }
2949         BUG_ON(!best_upa);
2950         upa = best_upa;
2951
2952         /* allocate and fill alloc_info */
2953         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
2954                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
2955
2956         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
2957         if (!ai)
2958                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2959         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
2960
2961         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2962                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
2963                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
2964         }
2965
2966         ai->static_size = static_size;
2967         ai->reserved_size = reserved_size;
2968         ai->dyn_size = dyn_size;
2969         ai->unit_size = alloc_size / upa;
2970         ai->atom_size = atom_size;
2971         ai->alloc_size = alloc_size;
2972
2973         for (group = 0, unit = 0; group < nr_groups; group++) {
2974                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2975
2976                 /*
2977                  * Initialize base_offset as if all groups are located
2978                  * back-to-back.  The caller should update this to
2979                  * reflect actual allocation.
2980                  */
2981                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
2982
2983                 for_each_possible_cpu(cpu)
2984                         if (group_map[cpu] == group)
2985                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
2986                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
2987                 unit += gi->nr_units;
2988         }
2989         BUG_ON(unit != nr_units);
2990
2991         return ai;
2992 }
2993
2994 static void * __init pcpu_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size, size_t align,
2995                                    pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
2996 {
2997         const unsigned long goal = __pa(MAX_DMA_ADDRESS);
2998 #ifdef CONFIG_NUMA
2999         int node = NUMA_NO_NODE;
3000         void *ptr;
3001
3002         if (cpu_to_nd_fn)
3003                 node = cpu_to_nd_fn(cpu);
3004
3005         if (node == NUMA_NO_NODE || !node_online(node) || !NODE_DATA(node)) {
3006                 ptr = memblock_alloc_from(size, align, goal);
3007                 pr_info("cpu %d has no node %d or node-local memory\n",
3008                         cpu, node);
3009                 pr_debug("per cpu data for cpu%d %zu bytes at 0x%llx\n",
3010                          cpu, size, (u64)__pa(ptr));
3011         } else {
3012                 ptr = memblock_alloc_try_nid(size, align, goal,
3013                                              MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
3014                                              node);
3015
3016                 pr_debug("per cpu data for cpu%d %zu bytes on node%d at 0x%llx\n",
3017                          cpu, size, node, (u64)__pa(ptr));
3018         }
3019         return ptr;
3020 #else
3021         return memblock_alloc_from(size, align, goal);
3022 #endif
3023 }
3024
3025 static void __init pcpu_fc_free(void *ptr, size_t size)
3026 {
3027         memblock_free(ptr, size);
3028 }
3029 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
3030
3031 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
3032 /**
3033  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
3034  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
3035  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
3036  * @atom_size: allocation atom size
3037  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
3038  * @cpu_to_nd_fn: callback to convert cpu to it's node, optional
3039  *
3040  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
3041  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
3042  *
3043  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
3044  * by calling pcpu_fc_alloc and used as-is without being mapped into
3045  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
3046  * aligned to @atom_size.
3047  *
3048  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
3049  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
3050  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
3051  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
3052  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
3053  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
3054  *
3055  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
3056  *
3057  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
3058  * size, the leftover is returned using pcpu_fc_free.
3059  *
3060  * RETURNS:
3061  * 0 on success, -errno on failure.
3062  */
3063 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
3064                                   size_t atom_size,
3065                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
3066                                   pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
3067 {
3068         void *base = (void *)ULONG_MAX;
3069         void **areas = NULL;
3070         struct pcpu_alloc_info *ai;
3071         size_t size_sum, areas_size;
3072         unsigned long max_distance;
3073         int group, i, highest_group, rc = 0;
3074
3075         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
3076                                    cpu_distance_fn);
3077         if (IS_ERR(ai))
3078                 return PTR_ERR(ai);
3079
3080         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
3081         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
3082
3083         areas = memblock_alloc(areas_size, SMP_CACHE_BYTES);
3084         if (!areas) {
3085                 rc = -ENOMEM;
3086                 goto out_free;
3087         }
3088
3089         /* allocate, copy and determine base address & max_distance */
3090         highest_group = 0;
3091         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3092                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
3093                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
3094                 void *ptr;
3095
3096                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
3097                         cpu = gi->cpu_map[i];
3098                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
3099
3100                 /* allocate space for the whole group */
3101                 ptr = pcpu_fc_alloc(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size, cpu_to_nd_fn);
3102                 if (!ptr) {
3103                         rc = -ENOMEM;
3104                         goto out_free_areas;
3105                 }
3106                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3107                 kmemleak_free(ptr);
3108                 areas[group] = ptr;
3109
3110                 base = min(ptr, base);
3111                 if (ptr > areas[highest_group])
3112                         highest_group = group;
3113         }
3114         max_distance = areas[highest_group] - base;
3115         max_distance += ai->unit_size * ai->groups[highest_group].nr_units;
3116
3117         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
3118         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
3119                 pr_warn("max_distance=0x%lx too large for vmalloc space 0x%lx\n",
3120                                 max_distance, VMALLOC_TOTAL);
3121 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
3122                 /* and fail if we have fallback */
3123                 rc = -EINVAL;
3124                 goto out_free_areas;
3125 #endif
3126         }
3127
3128         /*
3129          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
3130          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
3131          * overlapping groups.
3132          */
3133         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3134                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
3135                 void *ptr = areas[group];
3136
3137                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
3138                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
3139                                 /* unused unit, free whole */
3140                                 pcpu_fc_free(ptr, ai->unit_size);
3141                                 continue;
3142                         }
3143                         /* copy and return the unused part */
3144                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
3145                         pcpu_fc_free(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
3146                 }
3147         }
3148
3149         /* base address is now known, determine group base offsets */
3150         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3151                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
3152         }
3153
3154         pr_info("Embedded %zu pages/cpu s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
3155                 PFN_DOWN(size_sum), ai->static_size, ai->reserved_size,
3156                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
3157
3158         pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
3159         goto out_free;
3160
3161 out_free_areas:
3162         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
3163                 if (areas[group])
3164                         pcpu_fc_free(areas[group],
3165                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
3166 out_free:
3167         pcpu_free_alloc_info(ai);
3168         if (areas)
3169                 memblock_free(areas, areas_size);
3170         return rc;
3171 }
3172 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
3173
3174 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
3175 #include <asm/pgalloc.h>
3176
3177 #ifndef P4D_TABLE_SIZE
3178 #define P4D_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3179 #endif
3180
3181 #ifndef PUD_TABLE_SIZE
3182 #define PUD_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3183 #endif
3184
3185 #ifndef PMD_TABLE_SIZE
3186 #define PMD_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3187 #endif
3188
3189 #ifndef PTE_TABLE_SIZE
3190 #define PTE_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3191 #endif
3192 void __init __weak pcpu_populate_pte(unsigned long addr)
3193 {
3194         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
3195         p4d_t *p4d;
3196         pud_t *pud;
3197         pmd_t *pmd;
3198
3199         if (pgd_none(*pgd)) {
3200                 p4d_t *new;
3201
3202                 new = memblock_alloc(P4D_TABLE_SIZE, P4D_TABLE_SIZE);
3203                 if (!new)
3204                         goto err_alloc;
3205                 pgd_populate(&init_mm, pgd, new);
3206         }
3207
3208         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
3209         if (p4d_none(*p4d)) {
3210                 pud_t *new;
3211
3212                 new = memblock_alloc(PUD_TABLE_SIZE, PUD_TABLE_SIZE);
3213                 if (!new)
3214                         goto err_alloc;
3215                 p4d_populate(&init_mm, p4d, new);
3216         }
3217
3218         pud = pud_offset(p4d, addr);
3219         if (pud_none(*pud)) {
3220                 pmd_t *new;
3221
3222                 new = memblock_alloc(PMD_TABLE_SIZE, PMD_TABLE_SIZE);
3223                 if (!new)
3224                         goto err_alloc;
3225                 pud_populate(&init_mm, pud, new);
3226         }
3227
3228         pmd = pmd_offset(pud, addr);
3229         if (!pmd_present(*pmd)) {
3230                 pte_t *new;
3231
3232                 new = memblock_alloc(PTE_TABLE_SIZE, PTE_TABLE_SIZE);
3233                 if (!new)
3234                         goto err_alloc;
3235                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, new);
3236         }
3237
3238         return;
3239
3240 err_alloc:
3241         panic("%s: Failed to allocate memory\n", __func__);
3242 }
3243
3244 /**
3245  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
3246  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
3247  * @cpu_to_nd_fn: callback to convert cpu to it's node, optional
3248  *
3249  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
3250  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
3251  *
3252  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
3253  * page-by-page into vmalloc area.
3254  *
3255  * RETURNS:
3256  * 0 on success, -errno on failure.
3257  */
3258 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size, pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
3259 {
3260         static struct vm_struct vm;
3261         struct pcpu_alloc_info *ai;
3262         char psize_str[16];
3263         int unit_pages;
3264         size_t pages_size;
3265         struct page **pages;
3266         int unit, i, j, rc = 0;
3267         int upa;
3268         int nr_g0_units;
3269
3270         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
3271
3272         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
3273         if (IS_ERR(ai))
3274                 return PTR_ERR(ai);
3275         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
3276         upa = ai->alloc_size/ai->unit_size;
3277         nr_g0_units = roundup(num_possible_cpus(), upa);
3278         if (WARN_ON(ai->groups[0].nr_units != nr_g0_units)) {
3279                 pcpu_free_alloc_info(ai);
3280                 return -EINVAL;
3281         }
3282
3283         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
3284
3285         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
3286         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
3287                                sizeof(pages[0]));
3288         pages = memblock_alloc(pages_size, SMP_CACHE_BYTES);
3289         if (!pages)
3290                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
3291                       pages_size);
3292
3293         /* allocate pages */
3294         j = 0;
3295         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
3296                 unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
3297                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
3298                         void *ptr;
3299
3300                         ptr = pcpu_fc_alloc(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, cpu_to_nd_fn);
3301                         if (!ptr) {
3302                                 pr_warn("failed to allocate %s page for cpu%u\n",
3303                                                 psize_str, cpu);
3304                                 goto enomem;
3305                         }
3306                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3307                         kmemleak_free(ptr);
3308                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
3309                 }
3310         }
3311
3312         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
3313         vm.flags = VM_ALLOC;
3314         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
3315         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
3316
3317         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
3318                 unsigned long unit_addr =
3319                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
3320
3321                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
3322                         pcpu_populate_pte(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
3323
3324                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
3325                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
3326                                       unit_pages);
3327                 if (rc < 0)
3328                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
3329
3330                 /*
3331                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
3332                  * cache for the linear mapping here - something
3333                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
3334                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
3335                  * data structures are not set up yet.
3336                  */
3337
3338                 /* copy static data */
3339                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
3340         }
3341
3342         /* we're ready, commit */
3343         pr_info("%d %s pages/cpu s%zu r%zu d%zu\n",
3344                 unit_pages, psize_str, ai->static_size,
3345                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
3346
3347         pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
3348         goto out_free_ar;
3349
3350 enomem:
3351         while (--j >= 0)
3352                 pcpu_fc_free(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
3353         rc = -ENOMEM;
3354 out_free_ar:
3355         memblock_free(pages, pages_size);
3356         pcpu_free_alloc_info(ai);
3357         return rc;
3358 }
3359 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
3360
3361 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
3362 /*
3363  * Generic SMP percpu area setup.
3364  *
3365  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
3366  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
3367  * important because many archs have addressing restrictions and might
3368  * fail if the percpu area is located far away from the previous
3369  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
3370  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
3371  * on the physical linear memory mapping which uses large page
3372  * mappings on applicable archs.
3373  */
3374 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
3375 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
3376
3377 void __init setup_per_cpu_areas(void)
3378 {
3379         unsigned long delta;
3380         unsigned int cpu;
3381         int rc;
3382
3383         /*
3384          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
3385          * what the legacy allocator did.
3386          */
3387         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE, PERCPU_DYNAMIC_RESERVE,
3388                                     PAGE_SIZE, NULL, NULL);
3389         if (rc < 0)
3390                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
3391
3392         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
3393         for_each_possible_cpu(cpu)
3394                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
3395 }
3396 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
3397
3398 #else   /* CONFIG_SMP */
3399
3400 /*
3401  * UP percpu area setup.
3402  *
3403  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
3404  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
3405  * variables and don't require any special preparation.
3406  */
3407 void __init setup_per_cpu_areas(void)
3408 {
3409         const size_t unit_size =
3410                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
3411                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
3412         struct pcpu_alloc_info *ai;
3413         void *fc;
3414
3415         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
3416         fc = memblock_alloc_from(unit_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
3417         if (!ai || !fc)
3418                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
3419         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3420         kmemleak_free(fc);
3421
3422         ai->dyn_size = unit_size;
3423         ai->unit_size = unit_size;
3424         ai->atom_size = unit_size;
3425         ai->alloc_size = unit_size;
3426         ai->groups[0].nr_units = 1;
3427         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
3428
3429         pcpu_setup_first_chunk(ai, fc);
3430         pcpu_free_alloc_info(ai);
3431 }
3432
3433 #endif  /* CONFIG_SMP */
3434
3435 /*
3436  * pcpu_nr_pages - calculate total number of populated backing pages
3437  *
3438  * This reflects the number of pages populated to back chunks.  Metadata is
3439  * excluded in the number exposed in meminfo as the number of backing pages
3440  * scales with the number of cpus and can quickly outweigh the memory used for
3441  * metadata.  It also keeps this calculation nice and simple.
3442  *
3443  * RETURNS:
3444  * Total number of populated backing pages in use by the allocator.
3445  */
3446 unsigned long pcpu_nr_pages(void)
3447 {
3448         return pcpu_nr_populated * pcpu_nr_units;
3449 }
3450
3451 /*
3452  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
3453  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
3454  * and running.
3455  */
3456 static int __init percpu_enable_async(void)
3457 {
3458         pcpu_async_enabled = true;
3459         return 0;
3460 }
3461 subsys_initcall(percpu_enable_async);