scsi: hpsa: correct device resets
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * Copyright (C) 2017           Facebook Inc.
8  * Copyright (C) 2017           Dennis Zhou <dennisszhou@gmail.com>
9  *
10  * This file is released under the GPLv2 license.
11  *
12  * The percpu allocator handles both static and dynamic areas.  Percpu
13  * areas are allocated in chunks which are divided into units.  There is
14  * a 1-to-1 mapping for units to possible cpus.  These units are grouped
15  * based on NUMA properties of the machine.
16  *
17  *  c0                           c1                         c2
18  *  -------------------          -------------------        ------------
19  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
20  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
21  *
22  * Allocation is done by offsets into a unit's address space.  Ie., an
23  * area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k in c1:u0,
24  * c1:u1, c1:u2, etc.  On NUMA machines, the mapping may be non-linear
25  * and even sparse.  Access is handled by configuring percpu base
26  * registers according to the cpu to unit mappings and offsetting the
27  * base address using pcpu_unit_size.
28  *
29  * There is special consideration for the first chunk which must handle
30  * the static percpu variables in the kernel image as allocation services
31  * are not online yet.  In short, the first chunk is structured like so:
32  *
33  *                  <Static | [Reserved] | Dynamic>
34  *
35  * The static data is copied from the original section managed by the
36  * linker.  The reserved section, if non-zero, primarily manages static
37  * percpu variables from kernel modules.  Finally, the dynamic section
38  * takes care of normal allocations.
39  *
40  * The allocator organizes chunks into lists according to free size and
41  * tries to allocate from the fullest chunk first.  Each chunk is managed
42  * by a bitmap with metadata blocks.  The allocation map is updated on
43  * every allocation and free to reflect the current state while the boundary
44  * map is only updated on allocation.  Each metadata block contains
45  * information to help mitigate the need to iterate over large portions
46  * of the bitmap.  The reverse mapping from page to chunk is stored in
47  * the page's index.  Lastly, units are lazily backed and grow in unison.
48  *
49  * There is a unique conversion that goes on here between bytes and bits.
50  * Each bit represents a fragment of size PCPU_MIN_ALLOC_SIZE.  The chunk
51  * tracks the number of pages it is responsible for in nr_pages.  Helper
52  * functions are used to convert from between the bytes, bits, and blocks.
53  * All hints are managed in bits unless explicitly stated.
54  *
55  * To use this allocator, arch code should do the following:
56  *
57  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
58  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
59  *   different from the default
60  *
61  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
62  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
63  */
64
65 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
66
67 #include <linux/bitmap.h>
68 #include <linux/memblock.h>
69 #include <linux/err.h>
70 #include <linux/lcm.h>
71 #include <linux/list.h>
72 #include <linux/log2.h>
73 #include <linux/mm.h>
74 #include <linux/module.h>
75 #include <linux/mutex.h>
76 #include <linux/percpu.h>
77 #include <linux/pfn.h>
78 #include <linux/slab.h>
79 #include <linux/spinlock.h>
80 #include <linux/vmalloc.h>
81 #include <linux/workqueue.h>
82 #include <linux/kmemleak.h>
83 #include <linux/sched.h>
84
85 #include <asm/cacheflush.h>
86 #include <asm/sections.h>
87 #include <asm/tlbflush.h>
88 #include <asm/io.h>
89
90 #define CREATE_TRACE_POINTS
91 #include <trace/events/percpu.h>
92
93 #include "percpu-internal.h"
94
95 /* the slots are sorted by free bytes left, 1-31 bytes share the same slot */
96 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5
97 /* chunks in slots below this are subject to being sidelined on failed alloc */
98 #define PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD        3
99
100 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
101 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
102
103 #ifdef CONFIG_SMP
104 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
105 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
106 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
107         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
108                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
109                           (unsigned long)__per_cpu_start)
110 #endif
111 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
112 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
113         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
114                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
115                          (unsigned long)__per_cpu_start)
116 #endif
117 #else   /* CONFIG_SMP */
118 /* on UP, it's always identity mapped */
119 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
120 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
121 #endif  /* CONFIG_SMP */
122
123 static int pcpu_unit_pages __ro_after_init;
124 static int pcpu_unit_size __ro_after_init;
125 static int pcpu_nr_units __ro_after_init;
126 static int pcpu_atom_size __ro_after_init;
127 int pcpu_nr_slots __ro_after_init;
128 static size_t pcpu_chunk_struct_size __ro_after_init;
129
130 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
131 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __ro_after_init;
132 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __ro_after_init;
133
134 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
135 void *pcpu_base_addr __ro_after_init;
136 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
137
138 static const int *pcpu_unit_map __ro_after_init;                /* cpu -> unit */
139 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __ro_after_init; /* cpu -> unit offset */
140
141 /* group information, used for vm allocation */
142 static int pcpu_nr_groups __ro_after_init;
143 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __ro_after_init;
144 static const size_t *pcpu_group_sizes __ro_after_init;
145
146 /*
147  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
148  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
149  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
150  */
151 struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk __ro_after_init;
152
153 /*
154  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
155  * chunk and serves it for reserved allocations.  When the reserved
156  * region doesn't exist, the following variable is NULL.
157  */
158 struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk __ro_after_init;
159
160 DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);     /* all internal data structures */
161 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
162
163 struct list_head *pcpu_slot __ro_after_init; /* chunk list slots */
164
165 /* chunks which need their map areas extended, protected by pcpu_lock */
166 static LIST_HEAD(pcpu_map_extend_chunks);
167
168 /*
169  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.  The
170  * reserved chunk doesn't contribute to the count.
171  */
172 int pcpu_nr_empty_pop_pages;
173
174 /*
175  * The number of populated pages in use by the allocator, protected by
176  * pcpu_lock.  This number is kept per a unit per chunk (i.e. when a page gets
177  * allocated/deallocated, it is allocated/deallocated in all units of a chunk
178  * and increments/decrements this count by 1).
179  */
180 static unsigned long pcpu_nr_populated;
181
182 /*
183  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
184  * try to keep the number of populated free pages between
185  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
186  * empty chunk.
187  */
188 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
189 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
190 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
191 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
192
193 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
194 {
195         if (pcpu_async_enabled)
196                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
197 }
198
199 /**
200  * pcpu_addr_in_chunk - check if the address is served from this chunk
201  * @chunk: chunk of interest
202  * @addr: percpu address
203  *
204  * RETURNS:
205  * True if the address is served from this chunk.
206  */
207 static bool pcpu_addr_in_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, void *addr)
208 {
209         void *start_addr, *end_addr;
210
211         if (!chunk)
212                 return false;
213
214         start_addr = chunk->base_addr + chunk->start_offset;
215         end_addr = chunk->base_addr + chunk->nr_pages * PAGE_SIZE -
216                    chunk->end_offset;
217
218         return addr >= start_addr && addr < end_addr;
219 }
220
221 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
222 {
223         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
224         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
225 }
226
227 static int pcpu_size_to_slot(int size)
228 {
229         if (size == pcpu_unit_size)
230                 return pcpu_nr_slots - 1;
231         return __pcpu_size_to_slot(size);
232 }
233
234 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
235 {
236         const struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
237
238         if (chunk->free_bytes < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE ||
239             chunk_md->contig_hint == 0)
240                 return 0;
241
242         return pcpu_size_to_slot(chunk_md->contig_hint * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
243 }
244
245 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
246 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
247 {
248         page->index = (unsigned long)pcpu;
249 }
250
251 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
252 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
253 {
254         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
255 }
256
257 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
258 {
259         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
260 }
261
262 static unsigned long pcpu_unit_page_offset(unsigned int cpu, int page_idx)
263 {
264         return pcpu_unit_offsets[cpu] + (page_idx << PAGE_SHIFT);
265 }
266
267 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
268                                      unsigned int cpu, int page_idx)
269 {
270         return (unsigned long)chunk->base_addr +
271                pcpu_unit_page_offset(cpu, page_idx);
272 }
273
274 static void pcpu_next_unpop(unsigned long *bitmap, int *rs, int *re, int end)
275 {
276         *rs = find_next_zero_bit(bitmap, end, *rs);
277         *re = find_next_bit(bitmap, end, *rs + 1);
278 }
279
280 static void pcpu_next_pop(unsigned long *bitmap, int *rs, int *re, int end)
281 {
282         *rs = find_next_bit(bitmap, end, *rs);
283         *re = find_next_zero_bit(bitmap, end, *rs + 1);
284 }
285
286 /*
287  * Bitmap region iterators.  Iterates over the bitmap between
288  * [@start, @end) in @chunk.  @rs and @re should be integer variables
289  * and will be set to start and end index of the current free region.
290  */
291 #define pcpu_for_each_unpop_region(bitmap, rs, re, start, end)               \
292         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((bitmap), &(rs), &(re), (end)); \
293              (rs) < (re);                                                    \
294              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((bitmap), &(rs), &(re), (end)))
295
296 #define pcpu_for_each_pop_region(bitmap, rs, re, start, end)                 \
297         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((bitmap), &(rs), &(re), (end));   \
298              (rs) < (re);                                                    \
299              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((bitmap), &(rs), &(re), (end)))
300
301 /*
302  * The following are helper functions to help access bitmaps and convert
303  * between bitmap offsets to address offsets.
304  */
305 static unsigned long *pcpu_index_alloc_map(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
306 {
307         return chunk->alloc_map +
308                (index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS / BITS_PER_LONG);
309 }
310
311 static unsigned long pcpu_off_to_block_index(int off)
312 {
313         return off / PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
314 }
315
316 static unsigned long pcpu_off_to_block_off(int off)
317 {
318         return off & (PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - 1);
319 }
320
321 static unsigned long pcpu_block_off_to_off(int index, int off)
322 {
323         return index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS + off;
324 }
325
326 /*
327  * pcpu_next_hint - determine which hint to use
328  * @block: block of interest
329  * @alloc_bits: size of allocation
330  *
331  * This determines if we should scan based on the scan_hint or first_free.
332  * In general, we want to scan from first_free to fulfill allocations by
333  * first fit.  However, if we know a scan_hint at position scan_hint_start
334  * cannot fulfill an allocation, we can begin scanning from there knowing
335  * the contig_hint will be our fallback.
336  */
337 static int pcpu_next_hint(struct pcpu_block_md *block, int alloc_bits)
338 {
339         /*
340          * The three conditions below determine if we can skip past the
341          * scan_hint.  First, does the scan hint exist.  Second, is the
342          * contig_hint after the scan_hint (possibly not true iff
343          * contig_hint == scan_hint).  Third, is the allocation request
344          * larger than the scan_hint.
345          */
346         if (block->scan_hint &&
347             block->contig_hint_start > block->scan_hint_start &&
348             alloc_bits > block->scan_hint)
349                 return block->scan_hint_start + block->scan_hint;
350
351         return block->first_free;
352 }
353
354 /**
355  * pcpu_next_md_free_region - finds the next hint free area
356  * @chunk: chunk of interest
357  * @bit_off: chunk offset
358  * @bits: size of free area
359  *
360  * Helper function for pcpu_for_each_md_free_region.  It checks
361  * block->contig_hint and performs aggregation across blocks to find the
362  * next hint.  It modifies bit_off and bits in-place to be consumed in the
363  * loop.
364  */
365 static void pcpu_next_md_free_region(struct pcpu_chunk *chunk, int *bit_off,
366                                      int *bits)
367 {
368         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
369         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
370         struct pcpu_block_md *block;
371
372         *bits = 0;
373         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
374              block++, i++) {
375                 /* handles contig area across blocks */
376                 if (*bits) {
377                         *bits += block->left_free;
378                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
379                                 continue;
380                         return;
381                 }
382
383                 /*
384                  * This checks three things.  First is there a contig_hint to
385                  * check.  Second, have we checked this hint before by
386                  * comparing the block_off.  Third, is this the same as the
387                  * right contig hint.  In the last case, it spills over into
388                  * the next block and should be handled by the contig area
389                  * across blocks code.
390                  */
391                 *bits = block->contig_hint;
392                 if (*bits && block->contig_hint_start >= block_off &&
393                     *bits + block->contig_hint_start < PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
394                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i,
395                                         block->contig_hint_start);
396                         return;
397                 }
398                 /* reset to satisfy the second predicate above */
399                 block_off = 0;
400
401                 *bits = block->right_free;
402                 *bit_off = (i + 1) * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free;
403         }
404 }
405
406 /**
407  * pcpu_next_fit_region - finds fit areas for a given allocation request
408  * @chunk: chunk of interest
409  * @alloc_bits: size of allocation
410  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
411  * @bit_off: chunk offset
412  * @bits: size of free area
413  *
414  * Finds the next free region that is viable for use with a given size and
415  * alignment.  This only returns if there is a valid area to be used for this
416  * allocation.  block->first_free is returned if the allocation request fits
417  * within the block to see if the request can be fulfilled prior to the contig
418  * hint.
419  */
420 static void pcpu_next_fit_region(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
421                                  int align, int *bit_off, int *bits)
422 {
423         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
424         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
425         struct pcpu_block_md *block;
426
427         *bits = 0;
428         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
429              block++, i++) {
430                 /* handles contig area across blocks */
431                 if (*bits) {
432                         *bits += block->left_free;
433                         if (*bits >= alloc_bits)
434                                 return;
435                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
436                                 continue;
437                 }
438
439                 /* check block->contig_hint */
440                 *bits = ALIGN(block->contig_hint_start, align) -
441                         block->contig_hint_start;
442                 /*
443                  * This uses the block offset to determine if this has been
444                  * checked in the prior iteration.
445                  */
446                 if (block->contig_hint &&
447                     block->contig_hint_start >= block_off &&
448                     block->contig_hint >= *bits + alloc_bits) {
449                         int start = pcpu_next_hint(block, alloc_bits);
450
451                         *bits += alloc_bits + block->contig_hint_start -
452                                  start;
453                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, start);
454                         return;
455                 }
456                 /* reset to satisfy the second predicate above */
457                 block_off = 0;
458
459                 *bit_off = ALIGN(PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free,
460                                  align);
461                 *bits = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - *bit_off;
462                 *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, *bit_off);
463                 if (*bits >= alloc_bits)
464                         return;
465         }
466
467         /* no valid offsets were found - fail condition */
468         *bit_off = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
469 }
470
471 /*
472  * Metadata free area iterators.  These perform aggregation of free areas
473  * based on the metadata blocks and return the offset @bit_off and size in
474  * bits of the free area @bits.  pcpu_for_each_fit_region only returns when
475  * a fit is found for the allocation request.
476  */
477 #define pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits)              \
478         for (pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits));    \
479              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                  \
480              (bit_off) += (bits) + 1,                                   \
481              pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits)))
482
483 #define pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits)     \
484         for (pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
485                                   &(bits));                                   \
486              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                        \
487              (bit_off) += (bits),                                             \
488              pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
489                                   &(bits)))
490
491 /**
492  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
493  * @size: bytes to allocate
494  * @gfp: allocation flags
495  *
496  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
497  * kzalloc() is used; otherwise, the equivalent of vzalloc() is used.
498  * This is to facilitate passing through whitelisted flags.  The
499  * returned memory is always zeroed.
500  *
501  * RETURNS:
502  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
503  */
504 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size, gfp_t gfp)
505 {
506         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
507                 return NULL;
508
509         if (size <= PAGE_SIZE)
510                 return kzalloc(size, gfp);
511         else
512                 return __vmalloc(size, gfp | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL);
513 }
514
515 /**
516  * pcpu_mem_free - free memory
517  * @ptr: memory to free
518  *
519  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
520  */
521 static void pcpu_mem_free(void *ptr)
522 {
523         kvfree(ptr);
524 }
525
526 static void __pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot,
527                               bool move_front)
528 {
529         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
530                 if (move_front)
531                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[slot]);
532                 else
533                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[slot]);
534         }
535 }
536
537 static void pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot)
538 {
539         __pcpu_chunk_move(chunk, slot, true);
540 }
541
542 /**
543  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
544  * @chunk: chunk of interest
545  * @oslot: the previous slot it was on
546  *
547  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
548  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
549  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
550  * chunk slots.
551  *
552  * CONTEXT:
553  * pcpu_lock.
554  */
555 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
556 {
557         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
558
559         if (oslot != nslot)
560                 __pcpu_chunk_move(chunk, nslot, oslot < nslot);
561 }
562
563 /*
564  * pcpu_update_empty_pages - update empty page counters
565  * @chunk: chunk of interest
566  * @nr: nr of empty pages
567  *
568  * This is used to keep track of the empty pages now based on the premise
569  * a md_block covers a page.  The hint update functions recognize if a block
570  * is made full or broken to calculate deltas for keeping track of free pages.
571  */
572 static inline void pcpu_update_empty_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int nr)
573 {
574         chunk->nr_empty_pop_pages += nr;
575         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
576                 pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
577 }
578
579 /*
580  * pcpu_region_overlap - determines if two regions overlap
581  * @a: start of first region, inclusive
582  * @b: end of first region, exclusive
583  * @x: start of second region, inclusive
584  * @y: end of second region, exclusive
585  *
586  * This is used to determine if the hint region [a, b) overlaps with the
587  * allocated region [x, y).
588  */
589 static inline bool pcpu_region_overlap(int a, int b, int x, int y)
590 {
591         return (a < y) && (x < b);
592 }
593
594 /**
595  * pcpu_block_update - updates a block given a free area
596  * @block: block of interest
597  * @start: start offset in block
598  * @end: end offset in block
599  *
600  * Updates a block given a known free area.  The region [start, end) is
601  * expected to be the entirety of the free area within a block.  Chooses
602  * the best starting offset if the contig hints are equal.
603  */
604 static void pcpu_block_update(struct pcpu_block_md *block, int start, int end)
605 {
606         int contig = end - start;
607
608         block->first_free = min(block->first_free, start);
609         if (start == 0)
610                 block->left_free = contig;
611
612         if (end == block->nr_bits)
613                 block->right_free = contig;
614
615         if (contig > block->contig_hint) {
616                 /* promote the old contig_hint to be the new scan_hint */
617                 if (start > block->contig_hint_start) {
618                         if (block->contig_hint > block->scan_hint) {
619                                 block->scan_hint_start =
620                                         block->contig_hint_start;
621                                 block->scan_hint = block->contig_hint;
622                         } else if (start < block->scan_hint_start) {
623                                 /*
624                                  * The old contig_hint == scan_hint.  But, the
625                                  * new contig is larger so hold the invariant
626                                  * scan_hint_start < contig_hint_start.
627                                  */
628                                 block->scan_hint = 0;
629                         }
630                 } else {
631                         block->scan_hint = 0;
632                 }
633                 block->contig_hint_start = start;
634                 block->contig_hint = contig;
635         } else if (contig == block->contig_hint) {
636                 if (block->contig_hint_start &&
637                     (!start ||
638                      __ffs(start) > __ffs(block->contig_hint_start))) {
639                         /* start has a better alignment so use it */
640                         block->contig_hint_start = start;
641                         if (start < block->scan_hint_start &&
642                             block->contig_hint > block->scan_hint)
643                                 block->scan_hint = 0;
644                 } else if (start > block->scan_hint_start ||
645                            block->contig_hint > block->scan_hint) {
646                         /*
647                          * Knowing contig == contig_hint, update the scan_hint
648                          * if it is farther than or larger than the current
649                          * scan_hint.
650                          */
651                         block->scan_hint_start = start;
652                         block->scan_hint = contig;
653                 }
654         } else {
655                 /*
656                  * The region is smaller than the contig_hint.  So only update
657                  * the scan_hint if it is larger than or equal and farther than
658                  * the current scan_hint.
659                  */
660                 if ((start < block->contig_hint_start &&
661                      (contig > block->scan_hint ||
662                       (contig == block->scan_hint &&
663                        start > block->scan_hint_start)))) {
664                         block->scan_hint_start = start;
665                         block->scan_hint = contig;
666                 }
667         }
668 }
669
670 /*
671  * pcpu_block_update_scan - update a block given a free area from a scan
672  * @chunk: chunk of interest
673  * @bit_off: chunk offset
674  * @bits: size of free area
675  *
676  * Finding the final allocation spot first goes through pcpu_find_block_fit()
677  * to find a block that can hold the allocation and then pcpu_alloc_area()
678  * where a scan is used.  When allocations require specific alignments,
679  * we can inadvertently create holes which will not be seen in the alloc
680  * or free paths.
681  *
682  * This takes a given free area hole and updates a block as it may change the
683  * scan_hint.  We need to scan backwards to ensure we don't miss free bits
684  * from alignment.
685  */
686 static void pcpu_block_update_scan(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
687                                    int bits)
688 {
689         int s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
690         int e_off = s_off + bits;
691         int s_index, l_bit;
692         struct pcpu_block_md *block;
693
694         if (e_off > PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
695                 return;
696
697         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
698         block = chunk->md_blocks + s_index;
699
700         /* scan backwards in case of alignment skipping free bits */
701         l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index), s_off);
702         s_off = (s_off == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
703
704         pcpu_block_update(block, s_off, e_off);
705 }
706
707 /**
708  * pcpu_chunk_refresh_hint - updates metadata about a chunk
709  * @chunk: chunk of interest
710  * @full_scan: if we should scan from the beginning
711  *
712  * Iterates over the metadata blocks to find the largest contig area.
713  * A full scan can be avoided on the allocation path as this is triggered
714  * if we broke the contig_hint.  In doing so, the scan_hint will be before
715  * the contig_hint or after if the scan_hint == contig_hint.  This cannot
716  * be prevented on freeing as we want to find the largest area possibly
717  * spanning blocks.
718  */
719 static void pcpu_chunk_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, bool full_scan)
720 {
721         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
722         int bit_off, bits;
723
724         /* promote scan_hint to contig_hint */
725         if (!full_scan && chunk_md->scan_hint) {
726                 bit_off = chunk_md->scan_hint_start + chunk_md->scan_hint;
727                 chunk_md->contig_hint_start = chunk_md->scan_hint_start;
728                 chunk_md->contig_hint = chunk_md->scan_hint;
729                 chunk_md->scan_hint = 0;
730         } else {
731                 bit_off = chunk_md->first_free;
732                 chunk_md->contig_hint = 0;
733         }
734
735         bits = 0;
736         pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits) {
737                 pcpu_block_update(chunk_md, bit_off, bit_off + bits);
738         }
739 }
740
741 /**
742  * pcpu_block_refresh_hint
743  * @chunk: chunk of interest
744  * @index: index of the metadata block
745  *
746  * Scans over the block beginning at first_free and updates the block
747  * metadata accordingly.
748  */
749 static void pcpu_block_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
750 {
751         struct pcpu_block_md *block = chunk->md_blocks + index;
752         unsigned long *alloc_map = pcpu_index_alloc_map(chunk, index);
753         int rs, re, start;      /* region start, region end */
754
755         /* promote scan_hint to contig_hint */
756         if (block->scan_hint) {
757                 start = block->scan_hint_start + block->scan_hint;
758                 block->contig_hint_start = block->scan_hint_start;
759                 block->contig_hint = block->scan_hint;
760                 block->scan_hint = 0;
761         } else {
762                 start = block->first_free;
763                 block->contig_hint = 0;
764         }
765
766         block->right_free = 0;
767
768         /* iterate over free areas and update the contig hints */
769         pcpu_for_each_unpop_region(alloc_map, rs, re, start,
770                                    PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
771                 pcpu_block_update(block, rs, re);
772         }
773 }
774
775 /**
776  * pcpu_block_update_hint_alloc - update hint on allocation path
777  * @chunk: chunk of interest
778  * @bit_off: chunk offset
779  * @bits: size of request
780  *
781  * Updates metadata for the allocation path.  The metadata only has to be
782  * refreshed by a full scan iff the chunk's contig hint is broken.  Block level
783  * scans are required if the block's contig hint is broken.
784  */
785 static void pcpu_block_update_hint_alloc(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
786                                          int bits)
787 {
788         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
789         int nr_empty_pages = 0;
790         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
791         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
792         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
793
794         /*
795          * Calculate per block offsets.
796          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
797          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
798          * range.
799          */
800         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
801         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
802         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
803         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
804
805         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
806         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
807
808         /*
809          * Update s_block.
810          * block->first_free must be updated if the allocation takes its place.
811          * If the allocation breaks the contig_hint, a scan is required to
812          * restore this hint.
813          */
814         if (s_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
815                 nr_empty_pages++;
816
817         if (s_off == s_block->first_free)
818                 s_block->first_free = find_next_zero_bit(
819                                         pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
820                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
821                                         s_off + bits);
822
823         if (pcpu_region_overlap(s_block->scan_hint_start,
824                                 s_block->scan_hint_start + s_block->scan_hint,
825                                 s_off,
826                                 s_off + bits))
827                 s_block->scan_hint = 0;
828
829         if (pcpu_region_overlap(s_block->contig_hint_start,
830                                 s_block->contig_hint_start +
831                                 s_block->contig_hint,
832                                 s_off,
833                                 s_off + bits)) {
834                 /* block contig hint is broken - scan to fix it */
835                 if (!s_off)
836                         s_block->left_free = 0;
837                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, s_index);
838         } else {
839                 /* update left and right contig manually */
840                 s_block->left_free = min(s_block->left_free, s_off);
841                 if (s_index == e_index)
842                         s_block->right_free = min_t(int, s_block->right_free,
843                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
844                 else
845                         s_block->right_free = 0;
846         }
847
848         /*
849          * Update e_block.
850          */
851         if (s_index != e_index) {
852                 if (e_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
853                         nr_empty_pages++;
854
855                 /*
856                  * When the allocation is across blocks, the end is along
857                  * the left part of the e_block.
858                  */
859                 e_block->first_free = find_next_zero_bit(
860                                 pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
861                                 PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, e_off);
862
863                 if (e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
864                         /* reset the block */
865                         e_block++;
866                 } else {
867                         if (e_off > e_block->scan_hint_start)
868                                 e_block->scan_hint = 0;
869
870                         e_block->left_free = 0;
871                         if (e_off > e_block->contig_hint_start) {
872                                 /* contig hint is broken - scan to fix it */
873                                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, e_index);
874                         } else {
875                                 e_block->right_free =
876                                         min_t(int, e_block->right_free,
877                                               PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
878                         }
879                 }
880
881                 /* update in-between md_blocks */
882                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
883                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
884                         block->scan_hint = 0;
885                         block->contig_hint = 0;
886                         block->left_free = 0;
887                         block->right_free = 0;
888                 }
889         }
890
891         if (nr_empty_pages)
892                 pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr_empty_pages);
893
894         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->scan_hint_start,
895                                 chunk_md->scan_hint_start +
896                                 chunk_md->scan_hint,
897                                 bit_off,
898                                 bit_off + bits))
899                 chunk_md->scan_hint = 0;
900
901         /*
902          * The only time a full chunk scan is required is if the chunk
903          * contig hint is broken.  Otherwise, it means a smaller space
904          * was used and therefore the chunk contig hint is still correct.
905          */
906         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->contig_hint_start,
907                                 chunk_md->contig_hint_start +
908                                 chunk_md->contig_hint,
909                                 bit_off,
910                                 bit_off + bits))
911                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, false);
912 }
913
914 /**
915  * pcpu_block_update_hint_free - updates the block hints on the free path
916  * @chunk: chunk of interest
917  * @bit_off: chunk offset
918  * @bits: size of request
919  *
920  * Updates metadata for the allocation path.  This avoids a blind block
921  * refresh by making use of the block contig hints.  If this fails, it scans
922  * forward and backward to determine the extent of the free area.  This is
923  * capped at the boundary of blocks.
924  *
925  * A chunk update is triggered if a page becomes free, a block becomes free,
926  * or the free spans across blocks.  This tradeoff is to minimize iterating
927  * over the block metadata to update chunk_md->contig_hint.
928  * chunk_md->contig_hint may be off by up to a page, but it will never be more
929  * than the available space.  If the contig hint is contained in one block, it
930  * will be accurate.
931  */
932 static void pcpu_block_update_hint_free(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
933                                         int bits)
934 {
935         int nr_empty_pages = 0;
936         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
937         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
938         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
939         int start, end;         /* start and end of the whole free area */
940
941         /*
942          * Calculate per block offsets.
943          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
944          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
945          * range.
946          */
947         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
948         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
949         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
950         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
951
952         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
953         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
954
955         /*
956          * Check if the freed area aligns with the block->contig_hint.
957          * If it does, then the scan to find the beginning/end of the
958          * larger free area can be avoided.
959          *
960          * start and end refer to beginning and end of the free area
961          * within each their respective blocks.  This is not necessarily
962          * the entire free area as it may span blocks past the beginning
963          * or end of the block.
964          */
965         start = s_off;
966         if (s_off == s_block->contig_hint + s_block->contig_hint_start) {
967                 start = s_block->contig_hint_start;
968         } else {
969                 /*
970                  * Scan backwards to find the extent of the free area.
971                  * find_last_bit returns the starting bit, so if the start bit
972                  * is returned, that means there was no last bit and the
973                  * remainder of the chunk is free.
974                  */
975                 int l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
976                                           start);
977                 start = (start == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
978         }
979
980         end = e_off;
981         if (e_off == e_block->contig_hint_start)
982                 end = e_block->contig_hint_start + e_block->contig_hint;
983         else
984                 end = find_next_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
985                                     PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, end);
986
987         /* update s_block */
988         e_off = (s_index == e_index) ? end : PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
989         if (!start && e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
990                 nr_empty_pages++;
991         pcpu_block_update(s_block, start, e_off);
992
993         /* freeing in the same block */
994         if (s_index != e_index) {
995                 /* update e_block */
996                 if (end == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
997                         nr_empty_pages++;
998                 pcpu_block_update(e_block, 0, end);
999
1000                 /* reset md_blocks in the middle */
1001                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
1002                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
1003                         block->first_free = 0;
1004                         block->scan_hint = 0;
1005                         block->contig_hint_start = 0;
1006                         block->contig_hint = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1007                         block->left_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1008                         block->right_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1009                 }
1010         }
1011
1012         if (nr_empty_pages)
1013                 pcpu_update_empty_pages(chunk, nr_empty_pages);
1014
1015         /*
1016          * Refresh chunk metadata when the free makes a block free or spans
1017          * across blocks.  The contig_hint may be off by up to a page, but if
1018          * the contig_hint is contained in a block, it will be accurate with
1019          * the else condition below.
1020          */
1021         if (((end - start) >= PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) || s_index != e_index)
1022                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, true);
1023         else
1024                 pcpu_block_update(&chunk->chunk_md,
1025                                   pcpu_block_off_to_off(s_index, start),
1026                                   end);
1027 }
1028
1029 /**
1030  * pcpu_is_populated - determines if the region is populated
1031  * @chunk: chunk of interest
1032  * @bit_off: chunk offset
1033  * @bits: size of area
1034  * @next_off: return value for the next offset to start searching
1035  *
1036  * For atomic allocations, check if the backing pages are populated.
1037  *
1038  * RETURNS:
1039  * Bool if the backing pages are populated.
1040  * next_index is to skip over unpopulated blocks in pcpu_find_block_fit.
1041  */
1042 static bool pcpu_is_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off, int bits,
1043                               int *next_off)
1044 {
1045         int page_start, page_end, rs, re;
1046
1047         page_start = PFN_DOWN(bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1048         page_end = PFN_UP((bit_off + bits) * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1049
1050         rs = page_start;
1051         pcpu_next_unpop(chunk->populated, &rs, &re, page_end);
1052         if (rs >= page_end)
1053                 return true;
1054
1055         *next_off = re * PAGE_SIZE / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1056         return false;
1057 }
1058
1059 /**
1060  * pcpu_find_block_fit - finds the block index to start searching
1061  * @chunk: chunk of interest
1062  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1063  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE bytes)
1064  * @pop_only: use populated regions only
1065  *
1066  * Given a chunk and an allocation spec, find the offset to begin searching
1067  * for a free region.  This iterates over the bitmap metadata blocks to
1068  * find an offset that will be guaranteed to fit the requirements.  It is
1069  * not quite first fit as if the allocation does not fit in the contig hint
1070  * of a block or chunk, it is skipped.  This errs on the side of caution
1071  * to prevent excess iteration.  Poor alignment can cause the allocator to
1072  * skip over blocks and chunks that have valid free areas.
1073  *
1074  * RETURNS:
1075  * The offset in the bitmap to begin searching.
1076  * -1 if no offset is found.
1077  */
1078 static int pcpu_find_block_fit(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1079                                size_t align, bool pop_only)
1080 {
1081         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1082         int bit_off, bits, next_off;
1083
1084         /*
1085          * Check to see if the allocation can fit in the chunk's contig hint.
1086          * This is an optimization to prevent scanning by assuming if it
1087          * cannot fit in the global hint, there is memory pressure and creating
1088          * a new chunk would happen soon.
1089          */
1090         bit_off = ALIGN(chunk_md->contig_hint_start, align) -
1091                   chunk_md->contig_hint_start;
1092         if (bit_off + alloc_bits > chunk_md->contig_hint)
1093                 return -1;
1094
1095         bit_off = pcpu_next_hint(chunk_md, alloc_bits);
1096         bits = 0;
1097         pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits) {
1098                 if (!pop_only || pcpu_is_populated(chunk, bit_off, bits,
1099                                                    &next_off))
1100                         break;
1101
1102                 bit_off = next_off;
1103                 bits = 0;
1104         }
1105
1106         if (bit_off == pcpu_chunk_map_bits(chunk))
1107                 return -1;
1108
1109         return bit_off;
1110 }
1111
1112 /*
1113  * pcpu_find_zero_area - modified from bitmap_find_next_zero_area_off()
1114  * @map: the address to base the search on
1115  * @size: the bitmap size in bits
1116  * @start: the bitnumber to start searching at
1117  * @nr: the number of zeroed bits we're looking for
1118  * @align_mask: alignment mask for zero area
1119  * @largest_off: offset of the largest area skipped
1120  * @largest_bits: size of the largest area skipped
1121  *
1122  * The @align_mask should be one less than a power of 2.
1123  *
1124  * This is a modified version of bitmap_find_next_zero_area_off() to remember
1125  * the largest area that was skipped.  This is imperfect, but in general is
1126  * good enough.  The largest remembered region is the largest failed region
1127  * seen.  This does not include anything we possibly skipped due to alignment.
1128  * pcpu_block_update_scan() does scan backwards to try and recover what was
1129  * lost to alignment.  While this can cause scanning to miss earlier possible
1130  * free areas, smaller allocations will eventually fill those holes.
1131  */
1132 static unsigned long pcpu_find_zero_area(unsigned long *map,
1133                                          unsigned long size,
1134                                          unsigned long start,
1135                                          unsigned long nr,
1136                                          unsigned long align_mask,
1137                                          unsigned long *largest_off,
1138                                          unsigned long *largest_bits)
1139 {
1140         unsigned long index, end, i, area_off, area_bits;
1141 again:
1142         index = find_next_zero_bit(map, size, start);
1143
1144         /* Align allocation */
1145         index = __ALIGN_MASK(index, align_mask);
1146         area_off = index;
1147
1148         end = index + nr;
1149         if (end > size)
1150                 return end;
1151         i = find_next_bit(map, end, index);
1152         if (i < end) {
1153                 area_bits = i - area_off;
1154                 /* remember largest unused area with best alignment */
1155                 if (area_bits > *largest_bits ||
1156                     (area_bits == *largest_bits && *largest_off &&
1157                      (!area_off || __ffs(area_off) > __ffs(*largest_off)))) {
1158                         *largest_off = area_off;
1159                         *largest_bits = area_bits;
1160                 }
1161
1162                 start = i + 1;
1163                 goto again;
1164         }
1165         return index;
1166 }
1167
1168 /**
1169  * pcpu_alloc_area - allocates an area from a pcpu_chunk
1170  * @chunk: chunk of interest
1171  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1172  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1173  * @start: bit_off to start searching
1174  *
1175  * This function takes in a @start offset to begin searching to fit an
1176  * allocation of @alloc_bits with alignment @align.  It needs to scan
1177  * the allocation map because if it fits within the block's contig hint,
1178  * @start will be block->first_free. This is an attempt to fill the
1179  * allocation prior to breaking the contig hint.  The allocation and
1180  * boundary maps are updated accordingly if it confirms a valid
1181  * free area.
1182  *
1183  * RETURNS:
1184  * Allocated addr offset in @chunk on success.
1185  * -1 if no matching area is found.
1186  */
1187 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1188                            size_t align, int start)
1189 {
1190         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1191         size_t align_mask = (align) ? (align - 1) : 0;
1192         unsigned long area_off = 0, area_bits = 0;
1193         int bit_off, end, oslot;
1194
1195         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1196
1197         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1198
1199         /*
1200          * Search to find a fit.
1201          */
1202         end = min_t(int, start + alloc_bits + PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
1203                     pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1204         bit_off = pcpu_find_zero_area(chunk->alloc_map, end, start, alloc_bits,
1205                                       align_mask, &area_off, &area_bits);
1206         if (bit_off >= end)
1207                 return -1;
1208
1209         if (area_bits)
1210                 pcpu_block_update_scan(chunk, area_off, area_bits);
1211
1212         /* update alloc map */
1213         bitmap_set(chunk->alloc_map, bit_off, alloc_bits);
1214
1215         /* update boundary map */
1216         set_bit(bit_off, chunk->bound_map);
1217         bitmap_clear(chunk->bound_map, bit_off + 1, alloc_bits - 1);
1218         set_bit(bit_off + alloc_bits, chunk->bound_map);
1219
1220         chunk->free_bytes -= alloc_bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1221
1222         /* update first free bit */
1223         if (bit_off == chunk_md->first_free)
1224                 chunk_md->first_free = find_next_zero_bit(
1225                                         chunk->alloc_map,
1226                                         pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1227                                         bit_off + alloc_bits);
1228
1229         pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, bit_off, alloc_bits);
1230
1231         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1232
1233         return bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1234 }
1235
1236 /**
1237  * pcpu_free_area - frees the corresponding offset
1238  * @chunk: chunk of interest
1239  * @off: addr offset into chunk
1240  *
1241  * This function determines the size of an allocation to free using
1242  * the boundary bitmap and clears the allocation map.
1243  */
1244 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off)
1245 {
1246         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1247         int bit_off, bits, end, oslot;
1248
1249         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1250         pcpu_stats_area_dealloc(chunk);
1251
1252         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1253
1254         bit_off = off / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1255
1256         /* find end index */
1257         end = find_next_bit(chunk->bound_map, pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1258                             bit_off + 1);
1259         bits = end - bit_off;
1260         bitmap_clear(chunk->alloc_map, bit_off, bits);
1261
1262         /* update metadata */
1263         chunk->free_bytes += bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1264
1265         /* update first free bit */
1266         chunk_md->first_free = min(chunk_md->first_free, bit_off);
1267
1268         pcpu_block_update_hint_free(chunk, bit_off, bits);
1269
1270         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1271 }
1272
1273 static void pcpu_init_md_block(struct pcpu_block_md *block, int nr_bits)
1274 {
1275         block->scan_hint = 0;
1276         block->contig_hint = nr_bits;
1277         block->left_free = nr_bits;
1278         block->right_free = nr_bits;
1279         block->first_free = 0;
1280         block->nr_bits = nr_bits;
1281 }
1282
1283 static void pcpu_init_md_blocks(struct pcpu_chunk *chunk)
1284 {
1285         struct pcpu_block_md *md_block;
1286
1287         /* init the chunk's block */
1288         pcpu_init_md_block(&chunk->chunk_md, pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1289
1290         for (md_block = chunk->md_blocks;
1291              md_block != chunk->md_blocks + pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
1292              md_block++)
1293                 pcpu_init_md_block(md_block, PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS);
1294 }
1295
1296 /**
1297  * pcpu_alloc_first_chunk - creates chunks that serve the first chunk
1298  * @tmp_addr: the start of the region served
1299  * @map_size: size of the region served
1300  *
1301  * This is responsible for creating the chunks that serve the first chunk.  The
1302  * base_addr is page aligned down of @tmp_addr while the region end is page
1303  * aligned up.  Offsets are kept track of to determine the region served. All
1304  * this is done to appease the bitmap allocator in avoiding partial blocks.
1305  *
1306  * RETURNS:
1307  * Chunk serving the region at @tmp_addr of @map_size.
1308  */
1309 static struct pcpu_chunk * __init pcpu_alloc_first_chunk(unsigned long tmp_addr,
1310                                                          int map_size)
1311 {
1312         struct pcpu_chunk *chunk;
1313         unsigned long aligned_addr, lcm_align;
1314         int start_offset, offset_bits, region_size, region_bits;
1315         size_t alloc_size;
1316
1317         /* region calculations */
1318         aligned_addr = tmp_addr & PAGE_MASK;
1319
1320         start_offset = tmp_addr - aligned_addr;
1321
1322         /*
1323          * Align the end of the region with the LCM of PAGE_SIZE and
1324          * PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE.  One of these constants is a multiple of
1325          * the other.
1326          */
1327         lcm_align = lcm(PAGE_SIZE, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE);
1328         region_size = ALIGN(start_offset + map_size, lcm_align);
1329
1330         /* allocate chunk */
1331         alloc_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1332                 BITS_TO_LONGS(region_size >> PAGE_SHIFT);
1333         chunk = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1334         if (!chunk)
1335                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1336                       alloc_size);
1337
1338         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1339
1340         chunk->base_addr = (void *)aligned_addr;
1341         chunk->start_offset = start_offset;
1342         chunk->end_offset = region_size - chunk->start_offset - map_size;
1343
1344         chunk->nr_pages = region_size >> PAGE_SHIFT;
1345         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1346
1347         alloc_size = BITS_TO_LONGS(region_bits) * sizeof(chunk->alloc_map[0]);
1348         chunk->alloc_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1349         if (!chunk->alloc_map)
1350                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1351                       alloc_size);
1352
1353         alloc_size =
1354                 BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) * sizeof(chunk->bound_map[0]);
1355         chunk->bound_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1356         if (!chunk->bound_map)
1357                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1358                       alloc_size);
1359
1360         alloc_size = pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) * sizeof(chunk->md_blocks[0]);
1361         chunk->md_blocks = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1362         if (!chunk->md_blocks)
1363                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1364                       alloc_size);
1365
1366         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1367
1368         /* manage populated page bitmap */
1369         chunk->immutable = true;
1370         bitmap_fill(chunk->populated, chunk->nr_pages);
1371         chunk->nr_populated = chunk->nr_pages;
1372         chunk->nr_empty_pop_pages = chunk->nr_pages;
1373
1374         chunk->free_bytes = map_size;
1375
1376         if (chunk->start_offset) {
1377                 /* hide the beginning of the bitmap */
1378                 offset_bits = chunk->start_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1379                 bitmap_set(chunk->alloc_map, 0, offset_bits);
1380                 set_bit(0, chunk->bound_map);
1381                 set_bit(offset_bits, chunk->bound_map);
1382
1383                 chunk->chunk_md.first_free = offset_bits;
1384
1385                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, 0, offset_bits);
1386         }
1387
1388         if (chunk->end_offset) {
1389                 /* hide the end of the bitmap */
1390                 offset_bits = chunk->end_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1391                 bitmap_set(chunk->alloc_map,
1392                            pcpu_chunk_map_bits(chunk) - offset_bits,
1393                            offset_bits);
1394                 set_bit((start_offset + map_size) / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1395                         chunk->bound_map);
1396                 set_bit(region_bits, chunk->bound_map);
1397
1398                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, pcpu_chunk_map_bits(chunk)
1399                                              - offset_bits, offset_bits);
1400         }
1401
1402         return chunk;
1403 }
1404
1405 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(gfp_t gfp)
1406 {
1407         struct pcpu_chunk *chunk;
1408         int region_bits;
1409
1410         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size, gfp);
1411         if (!chunk)
1412                 return NULL;
1413
1414         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1415         chunk->nr_pages = pcpu_unit_pages;
1416         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1417
1418         chunk->alloc_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits) *
1419                                            sizeof(chunk->alloc_map[0]), gfp);
1420         if (!chunk->alloc_map)
1421                 goto alloc_map_fail;
1422
1423         chunk->bound_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) *
1424                                            sizeof(chunk->bound_map[0]), gfp);
1425         if (!chunk->bound_map)
1426                 goto bound_map_fail;
1427
1428         chunk->md_blocks = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) *
1429                                            sizeof(chunk->md_blocks[0]), gfp);
1430         if (!chunk->md_blocks)
1431                 goto md_blocks_fail;
1432
1433         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1434
1435         /* init metadata */
1436         chunk->free_bytes = chunk->nr_pages * PAGE_SIZE;
1437
1438         return chunk;
1439
1440 md_blocks_fail:
1441         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1442 bound_map_fail:
1443         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1444 alloc_map_fail:
1445         pcpu_mem_free(chunk);
1446
1447         return NULL;
1448 }
1449
1450 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1451 {
1452         if (!chunk)
1453                 return;
1454         pcpu_mem_free(chunk->md_blocks);
1455         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1456         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1457         pcpu_mem_free(chunk);
1458 }
1459
1460 /**
1461  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
1462  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
1463  * @page_start: the start page
1464  * @page_end: the end page
1465  *
1466  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
1467  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
1468  * successful population.
1469  *
1470  * If this is @for_alloc, do not increment pcpu_nr_empty_pop_pages because it
1471  * is to serve an allocation in that area.
1472  */
1473 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start,
1474                                  int page_end)
1475 {
1476         int nr = page_end - page_start;
1477
1478         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1479
1480         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
1481         chunk->nr_populated += nr;
1482         pcpu_nr_populated += nr;
1483
1484         pcpu_update_empty_pages(chunk, nr);
1485 }
1486
1487 /**
1488  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
1489  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
1490  * @page_start: the start page
1491  * @page_end: the end page
1492  *
1493  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
1494  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
1495  * each successful depopulation.
1496  */
1497 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
1498                                    int page_start, int page_end)
1499 {
1500         int nr = page_end - page_start;
1501
1502         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1503
1504         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
1505         chunk->nr_populated -= nr;
1506         pcpu_nr_populated -= nr;
1507
1508         pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr);
1509 }
1510
1511 /*
1512  * Chunk management implementation.
1513  *
1514  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
1515  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
1516  * into this file and compiled together.  The following functions
1517  * should be implemented.
1518  *
1519  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
1520  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
1521  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
1522  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
1523  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
1524  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
1525  */
1526 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1527                                int page_start, int page_end, gfp_t gfp);
1528 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1529                                   int page_start, int page_end);
1530 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(gfp_t gfp);
1531 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
1532 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
1533 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
1534
1535 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
1536 #include "percpu-km.c"
1537 #else
1538 #include "percpu-vm.c"
1539 #endif
1540
1541 /**
1542  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
1543  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
1544  *
1545  * This is an internal function that handles all but static allocations.
1546  * Static percpu address values should never be passed into the allocator.
1547  *
1548  * RETURNS:
1549  * The address of the found chunk.
1550  */
1551 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
1552 {
1553         /* is it in the dynamic region (first chunk)? */
1554         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_first_chunk, addr))
1555                 return pcpu_first_chunk;
1556
1557         /* is it in the reserved region? */
1558         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_reserved_chunk, addr))
1559                 return pcpu_reserved_chunk;
1560
1561         /*
1562          * The address is relative to unit0 which might be unused and
1563          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
1564          * current processor before looking it up in the vmalloc
1565          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
1566          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
1567          */
1568         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
1569         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
1570 }
1571
1572 /**
1573  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1574  * @size: size of area to allocate in bytes
1575  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1576  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1577  * @gfp: allocation flags
1578  *
1579  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
1580  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic. If @gfp has __GFP_NOWARN
1581  * then no warning will be triggered on invalid or failed allocation
1582  * requests.
1583  *
1584  * RETURNS:
1585  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1586  */
1587 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
1588                                  gfp_t gfp)
1589 {
1590         /* whitelisted flags that can be passed to the backing allocators */
1591         gfp_t pcpu_gfp = gfp & (GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN);
1592         bool is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
1593         bool do_warn = !(gfp & __GFP_NOWARN);
1594         static int warn_limit = 10;
1595         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1596         const char *err;
1597         int slot, off, cpu, ret;
1598         unsigned long flags;
1599         void __percpu *ptr;
1600         size_t bits, bit_align;
1601
1602         /*
1603          * There is now a minimum allocation size of PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1604          * therefore alignment must be a minimum of that many bytes.
1605          * An allocation may have internal fragmentation from rounding up
1606          * of up to PCPU_MIN_ALLOC_SIZE - 1 bytes.
1607          */
1608         if (unlikely(align < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE))
1609                 align = PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1610
1611         size = ALIGN(size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1612         bits = size >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1613         bit_align = align >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1614
1615         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE ||
1616                      !is_power_of_2(align))) {
1617                 WARN(do_warn, "illegal size (%zu) or align (%zu) for percpu allocation\n",
1618                      size, align);
1619                 return NULL;
1620         }
1621
1622         if (!is_atomic) {
1623                 /*
1624                  * pcpu_balance_workfn() allocates memory under this mutex,
1625                  * and it may wait for memory reclaim. Allow current task
1626                  * to become OOM victim, in case of memory pressure.
1627                  */
1628                 if (gfp & __GFP_NOFAIL)
1629                         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1630                 else if (mutex_lock_killable(&pcpu_alloc_mutex))
1631                         return NULL;
1632         }
1633
1634         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1635
1636         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1637         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1638                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1639
1640                 off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align, is_atomic);
1641                 if (off < 0) {
1642                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1643                         goto fail_unlock;
1644                 }
1645
1646                 off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1647                 if (off >= 0)
1648                         goto area_found;
1649
1650                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1651                 goto fail_unlock;
1652         }
1653
1654 restart:
1655         /* search through normal chunks */
1656         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1657                 list_for_each_entry_safe(chunk, next, &pcpu_slot[slot], list) {
1658                         off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align,
1659                                                   is_atomic);
1660                         if (off < 0) {
1661                                 if (slot < PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD)
1662                                         pcpu_chunk_move(chunk, 0);
1663                                 continue;
1664                         }
1665
1666                         off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1667                         if (off >= 0)
1668                                 goto area_found;
1669
1670                 }
1671         }
1672
1673         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1674
1675         /*
1676          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
1677          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
1678          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
1679          */
1680         if (is_atomic) {
1681                 err = "atomic alloc failed, no space left";
1682                 goto fail;
1683         }
1684
1685         if (list_empty(&pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1])) {
1686                 chunk = pcpu_create_chunk(pcpu_gfp);
1687                 if (!chunk) {
1688                         err = "failed to allocate new chunk";
1689                         goto fail;
1690                 }
1691
1692                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1693                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1694         } else {
1695                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1696         }
1697
1698         goto restart;
1699
1700 area_found:
1701         pcpu_stats_area_alloc(chunk, size);
1702         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1703
1704         /* populate if not all pages are already there */
1705         if (!is_atomic) {
1706                 int page_start, page_end, rs, re;
1707
1708                 page_start = PFN_DOWN(off);
1709                 page_end = PFN_UP(off + size);
1710
1711                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk->populated, rs, re,
1712                                            page_start, page_end) {
1713                         WARN_ON(chunk->immutable);
1714
1715                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re, pcpu_gfp);
1716
1717                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1718                         if (ret) {
1719                                 pcpu_free_area(chunk, off);
1720                                 err = "failed to populate";
1721                                 goto fail_unlock;
1722                         }
1723                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1724                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1725                 }
1726
1727                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1728         }
1729
1730         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1731                 pcpu_schedule_balance_work();
1732
1733         /* clear the areas and return address relative to base address */
1734         for_each_possible_cpu(cpu)
1735                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1736
1737         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1738         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1739
1740         trace_percpu_alloc_percpu(reserved, is_atomic, size, align,
1741                         chunk->base_addr, off, ptr);
1742
1743         return ptr;
1744
1745 fail_unlock:
1746         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1747 fail:
1748         trace_percpu_alloc_percpu_fail(reserved, is_atomic, size, align);
1749
1750         if (!is_atomic && do_warn && warn_limit) {
1751                 pr_warn("allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1752                         size, align, is_atomic, err);
1753                 dump_stack();
1754                 if (!--warn_limit)
1755                         pr_info("limit reached, disable warning\n");
1756         }
1757         if (is_atomic) {
1758                 /* see the flag handling in pcpu_blance_workfn() */
1759                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1760                 pcpu_schedule_balance_work();
1761         } else {
1762                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1763         }
1764         return NULL;
1765 }
1766
1767 /**
1768  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1769  * @size: size of area to allocate in bytes
1770  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1771  * @gfp: allocation flags
1772  *
1773  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1774  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1775  * be called from any context but is a lot more likely to fail. If @gfp
1776  * has __GFP_NOWARN then no warning will be triggered on invalid or failed
1777  * allocation requests.
1778  *
1779  * RETURNS:
1780  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1781  */
1782 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1783 {
1784         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1785 }
1786 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1787
1788 /**
1789  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1790  * @size: size of area to allocate in bytes
1791  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1792  *
1793  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1794  */
1795 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1796 {
1797         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1798 }
1799 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1800
1801 /**
1802  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1803  * @size: size of area to allocate in bytes
1804  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1805  *
1806  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1807  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1808  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1809  * Might trigger writeouts.
1810  *
1811  * CONTEXT:
1812  * Does GFP_KERNEL allocation.
1813  *
1814  * RETURNS:
1815  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1816  */
1817 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1818 {
1819         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1820 }
1821
1822 /**
1823  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
1824  * @work: unused
1825  *
1826  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.  This is also
1827  * responsible for maintaining the pool of empty populated pages.  However,
1828  * it is possible that this is called when physical memory is scarce causing
1829  * OOM killer to be triggered.  We should avoid doing so until an actual
1830  * allocation causes the failure as it is possible that requests can be
1831  * serviced from already backed regions.
1832  */
1833 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
1834 {
1835         /* gfp flags passed to underlying allocators */
1836         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
1837         LIST_HEAD(to_free);
1838         struct list_head *free_head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1839         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1840         int slot, nr_to_pop, ret;
1841
1842         /*
1843          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1844          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1845          */
1846         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1847         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1848
1849         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1850                 WARN_ON(chunk->immutable);
1851
1852                 /* spare the first one */
1853                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
1854                         continue;
1855
1856                 list_move(&chunk->list, &to_free);
1857         }
1858
1859         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1860
1861         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
1862                 int rs, re;
1863
1864                 pcpu_for_each_pop_region(chunk->populated, rs, re, 0,
1865                                          chunk->nr_pages) {
1866                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
1867                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1868                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
1869                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1870                 }
1871                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1872                 cond_resched();
1873         }
1874
1875         /*
1876          * Ensure there are certain number of free populated pages for
1877          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
1878          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
1879          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
1880          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
1881          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
1882          * something we support properly and can be highly unreliable and
1883          * inefficient.
1884          */
1885 retry_pop:
1886         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
1887                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
1888                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
1889                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
1890         } else {
1891                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
1892                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
1893                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
1894         }
1895
1896         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1897                 int nr_unpop = 0, rs, re;
1898
1899                 if (!nr_to_pop)
1900                         break;
1901
1902                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1903                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1904                         nr_unpop = chunk->nr_pages - chunk->nr_populated;
1905                         if (nr_unpop)
1906                                 break;
1907                 }
1908                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1909
1910                 if (!nr_unpop)
1911                         continue;
1912
1913                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
1914                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk->populated, rs, re, 0,
1915                                            chunk->nr_pages) {
1916                         int nr = min(re - rs, nr_to_pop);
1917
1918                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr, gfp);
1919                         if (!ret) {
1920                                 nr_to_pop -= nr;
1921                                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1922                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
1923                                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1924                         } else {
1925                                 nr_to_pop = 0;
1926                         }
1927
1928                         if (!nr_to_pop)
1929                                 break;
1930                 }
1931         }
1932
1933         if (nr_to_pop) {
1934                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
1935                 chunk = pcpu_create_chunk(gfp);
1936                 if (chunk) {
1937                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1938                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1939                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1940                         goto retry_pop;
1941                 }
1942         }
1943
1944         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1945 }
1946
1947 /**
1948  * free_percpu - free percpu area
1949  * @ptr: pointer to area to free
1950  *
1951  * Free percpu area @ptr.
1952  *
1953  * CONTEXT:
1954  * Can be called from atomic context.
1955  */
1956 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1957 {
1958         void *addr;
1959         struct pcpu_chunk *chunk;
1960         unsigned long flags;
1961         int off;
1962         bool need_balance = false;
1963
1964         if (!ptr)
1965                 return;
1966
1967         kmemleak_free_percpu(ptr);
1968
1969         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1970
1971         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1972
1973         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1974         off = addr - chunk->base_addr;
1975
1976         pcpu_free_area(chunk, off);
1977
1978         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1979         if (chunk->free_bytes == pcpu_unit_size) {
1980                 struct pcpu_chunk *pos;
1981
1982                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1983                         if (pos != chunk) {
1984                                 need_balance = true;
1985                                 break;
1986                         }
1987         }
1988
1989         trace_percpu_free_percpu(chunk->base_addr, off, ptr);
1990
1991         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1992
1993         if (need_balance)
1994                 pcpu_schedule_balance_work();
1995 }
1996 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1997
1998 bool __is_kernel_percpu_address(unsigned long addr, unsigned long *can_addr)
1999 {
2000 #ifdef CONFIG_SMP
2001         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2002         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2003         unsigned int cpu;
2004
2005         for_each_possible_cpu(cpu) {
2006                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2007                 void *va = (void *)addr;
2008
2009                 if (va >= start && va < start + static_size) {
2010                         if (can_addr) {
2011                                 *can_addr = (unsigned long) (va - start);
2012                                 *can_addr += (unsigned long)
2013                                         per_cpu_ptr(base, get_boot_cpu_id());
2014                         }
2015                         return true;
2016                 }
2017         }
2018 #endif
2019         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
2020         return false;
2021 }
2022
2023 /**
2024  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
2025  * @addr: address to test
2026  *
2027  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
2028  * static percpu areas are not considered.  For those, use
2029  * is_module_percpu_address().
2030  *
2031  * RETURNS:
2032  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
2033  */
2034 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
2035 {
2036         return __is_kernel_percpu_address(addr, NULL);
2037 }
2038
2039 /**
2040  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
2041  * @addr: the address to be converted to physical address
2042  *
2043  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
2044  * percpu access macros, this function translates it into its physical
2045  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
2046  * until this function finishes.
2047  *
2048  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
2049  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
2050  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
2051  * km) provides translation.
2052  *
2053  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
2054  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
2055  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
2056  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
2057  * code.
2058  *
2059  * RETURNS:
2060  * The physical address for @addr.
2061  */
2062 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
2063 {
2064         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2065         bool in_first_chunk = false;
2066         unsigned long first_low, first_high;
2067         unsigned int cpu;
2068
2069         /*
2070          * The following test on unit_low/high isn't strictly
2071          * necessary but will speed up lookups of addresses which
2072          * aren't in the first chunk.
2073          *
2074          * The address check is against full chunk sizes.  pcpu_base_addr
2075          * points to the beginning of the first chunk including the
2076          * static region.  Assumes good intent as the first chunk may
2077          * not be full (ie. < pcpu_unit_pages in size).
2078          */
2079         first_low = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2080                     pcpu_unit_page_offset(pcpu_low_unit_cpu, 0);
2081         first_high = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2082                      pcpu_unit_page_offset(pcpu_high_unit_cpu, pcpu_unit_pages);
2083         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
2084             (unsigned long)addr < first_high) {
2085                 for_each_possible_cpu(cpu) {
2086                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2087
2088                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
2089                                 in_first_chunk = true;
2090                                 break;
2091                         }
2092                 }
2093         }
2094
2095         if (in_first_chunk) {
2096                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
2097                         return __pa(addr);
2098                 else
2099                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
2100                                offset_in_page(addr);
2101         } else
2102                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
2103                        offset_in_page(addr);
2104 }
2105
2106 /**
2107  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
2108  * @nr_groups: the number of groups
2109  * @nr_units: the number of units
2110  *
2111  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
2112  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
2113  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
2114  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
2115  * pointer of other groups.
2116  *
2117  * RETURNS:
2118  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
2119  * failure.
2120  */
2121 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
2122                                                       int nr_units)
2123 {
2124         struct pcpu_alloc_info *ai;
2125         size_t base_size, ai_size;
2126         void *ptr;
2127         int unit;
2128
2129         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
2130                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
2131         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
2132
2133         ptr = memblock_alloc(PFN_ALIGN(ai_size), PAGE_SIZE);
2134         if (!ptr)
2135                 return NULL;
2136         ai = ptr;
2137         ptr += base_size;
2138
2139         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
2140
2141         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
2142                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
2143
2144         ai->nr_groups = nr_groups;
2145         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
2146
2147         return ai;
2148 }
2149
2150 /**
2151  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
2152  * @ai: pcpu_alloc_info to free
2153  *
2154  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
2155  */
2156 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
2157 {
2158         memblock_free_early(__pa(ai), ai->__ai_size);
2159 }
2160
2161 /**
2162  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
2163  * @lvl: loglevel
2164  * @ai: allocation info to dump
2165  *
2166  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
2167  */
2168 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
2169                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
2170 {
2171         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
2172         char empty_str[] = "--------";
2173         int alloc = 0, alloc_end = 0;
2174         int group, v;
2175         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
2176
2177         v = ai->nr_groups;
2178         while (v /= 10)
2179                 group_width++;
2180
2181         v = num_possible_cpus();
2182         while (v /= 10)
2183                 cpu_width++;
2184         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
2185
2186         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
2187         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
2188         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
2189
2190         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
2191                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
2192                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
2193
2194         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2195                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2196                 int unit = 0, unit_end = 0;
2197
2198                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
2199                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
2200                      alloc < alloc_end; alloc++) {
2201                         if (!(alloc % apl)) {
2202                                 pr_cont("\n");
2203                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
2204                         }
2205                         pr_cont("[%0*d] ", group_width, group);
2206
2207                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
2208                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
2209                                         pr_cont("%0*d ",
2210                                                 cpu_width, gi->cpu_map[unit]);
2211                                 else
2212                                         pr_cont("%s ", empty_str);
2213                 }
2214         }
2215         pr_cont("\n");
2216 }
2217
2218 /**
2219  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
2220  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
2221  * @base_addr: mapped address
2222  *
2223  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
2224  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
2225  * setup path.
2226  *
2227  * @ai contains all information necessary to initialize the first
2228  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
2229  *
2230  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
2231  *
2232  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
2233  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
2234  * the first chunk such that it's available only through reserved
2235  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
2236  * static areas on architectures where the addressing model has
2237  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
2238  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
2239  *
2240  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
2241  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
2242  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
2243  *
2244  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
2245  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
2246  * @ai->dyn_size.
2247  *
2248  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
2249  * for vm areas.
2250  *
2251  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
2252  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
2253  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
2254  *
2255  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
2256  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
2257  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
2258  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
2259  * all units is assumed.
2260  *
2261  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
2262  * copied static data to each unit.
2263  *
2264  * The first chunk will always contain a static and a dynamic region.
2265  * However, the static region is not managed by any chunk.  If the first
2266  * chunk also contains a reserved region, it is served by two chunks -
2267  * one for the reserved region and one for the dynamic region.  They
2268  * share the same vm, but use offset regions in the area allocation map.
2269  * The chunk serving the dynamic region is circulated in the chunk slots
2270  * and available for dynamic allocation like any other chunk.
2271  *
2272  * RETURNS:
2273  * 0 on success, -errno on failure.
2274  */
2275 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
2276                                   void *base_addr)
2277 {
2278         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
2279         size_t static_size, dyn_size;
2280         struct pcpu_chunk *chunk;
2281         unsigned long *group_offsets;
2282         size_t *group_sizes;
2283         unsigned long *unit_off;
2284         unsigned int cpu;
2285         int *unit_map;
2286         int group, unit, i;
2287         int map_size;
2288         unsigned long tmp_addr;
2289         size_t alloc_size;
2290
2291 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
2292         if (unlikely(cond)) {                                           \
2293                 pr_emerg("failed to initialize, %s\n", #cond);          \
2294                 pr_emerg("cpu_possible_mask=%*pb\n",                    \
2295                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
2296                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
2297                 BUG();                                                  \
2298         }                                                               \
2299 } while (0)
2300
2301         /* sanity checks */
2302         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
2303 #ifdef CONFIG_SMP
2304         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
2305         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
2306 #endif
2307         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
2308         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
2309         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
2310         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
2311         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2312         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->unit_size, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE));
2313         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
2314         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->dyn_size);
2315         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->reserved_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE));
2316         PCPU_SETUP_BUG_ON(!(IS_ALIGNED(PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE, PAGE_SIZE) ||
2317                             IS_ALIGNED(PAGE_SIZE, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE)));
2318         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
2319
2320         /* process group information and build config tables accordingly */
2321         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]);
2322         group_offsets = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2323         if (!group_offsets)
2324                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2325                       alloc_size);
2326
2327         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]);
2328         group_sizes = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2329         if (!group_sizes)
2330                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2331                       alloc_size);
2332
2333         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]);
2334         unit_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2335         if (!unit_map)
2336                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2337                       alloc_size);
2338
2339         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]);
2340         unit_off = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2341         if (!unit_off)
2342                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2343                       alloc_size);
2344
2345         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
2346                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
2347
2348         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
2349         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
2350
2351         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
2352                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2353
2354                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
2355                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
2356
2357                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
2358                         cpu = gi->cpu_map[i];
2359                         if (cpu == NR_CPUS)
2360                                 continue;
2361
2362                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
2363                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
2364                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
2365
2366                         unit_map[cpu] = unit + i;
2367                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
2368
2369                         /* determine low/high unit_cpu */
2370                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
2371                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
2372                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
2373                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
2374                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
2375                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
2376                 }
2377         }
2378         pcpu_nr_units = unit;
2379
2380         for_each_possible_cpu(cpu)
2381                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
2382
2383         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
2384 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
2385         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
2386
2387         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
2388         pcpu_group_offsets = group_offsets;
2389         pcpu_group_sizes = group_sizes;
2390         pcpu_unit_map = unit_map;
2391         pcpu_unit_offsets = unit_off;
2392
2393         /* determine basic parameters */
2394         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2395         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
2396         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
2397         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
2398                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
2399
2400         pcpu_stats_save_ai(ai);
2401
2402         /*
2403          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
2404          * empty chunks.
2405          */
2406         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
2407         pcpu_slot = memblock_alloc(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]),
2408                                    SMP_CACHE_BYTES);
2409         if (!pcpu_slot)
2410                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2411                       pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
2412         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
2413                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
2414
2415         /*
2416          * The end of the static region needs to be aligned with the
2417          * minimum allocation size as this offsets the reserved and
2418          * dynamic region.  The first chunk ends page aligned by
2419          * expanding the dynamic region, therefore the dynamic region
2420          * can be shrunk to compensate while still staying above the
2421          * configured sizes.
2422          */
2423         static_size = ALIGN(ai->static_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
2424         dyn_size = ai->dyn_size - (static_size - ai->static_size);
2425
2426         /*
2427          * Initialize first chunk.
2428          * If the reserved_size is non-zero, this initializes the reserved
2429          * chunk.  If the reserved_size is zero, the reserved chunk is NULL
2430          * and the dynamic region is initialized here.  The first chunk,
2431          * pcpu_first_chunk, will always point to the chunk that serves
2432          * the dynamic region.
2433          */
2434         tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size;
2435         map_size = ai->reserved_size ?: dyn_size;
2436         chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2437
2438         /* init dynamic chunk if necessary */
2439         if (ai->reserved_size) {
2440                 pcpu_reserved_chunk = chunk;
2441
2442                 tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size +
2443                            ai->reserved_size;
2444                 map_size = dyn_size;
2445                 chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2446         }
2447
2448         /* link the first chunk in */
2449         pcpu_first_chunk = chunk;
2450         pcpu_nr_empty_pop_pages = pcpu_first_chunk->nr_empty_pop_pages;
2451         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
2452
2453         /* include all regions of the first chunk */
2454         pcpu_nr_populated += PFN_DOWN(size_sum);
2455
2456         pcpu_stats_chunk_alloc();
2457         trace_percpu_create_chunk(base_addr);
2458
2459         /* we're done */
2460         pcpu_base_addr = base_addr;
2461         return 0;
2462 }
2463
2464 #ifdef CONFIG_SMP
2465
2466 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
2467         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
2468         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
2469         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
2470 };
2471
2472 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
2473
2474 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
2475 {
2476         if (!str)
2477                 return -EINVAL;
2478
2479         if (0)
2480                 /* nada */;
2481 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
2482         else if (!strcmp(str, "embed"))
2483                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
2484 #endif
2485 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2486         else if (!strcmp(str, "page"))
2487                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
2488 #endif
2489         else
2490                 pr_warn("unknown allocator %s specified\n", str);
2491
2492         return 0;
2493 }
2494 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
2495
2496 /*
2497  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
2498  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
2499  * to be used.
2500  */
2501 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
2502         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
2503 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
2504 #endif
2505
2506 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
2507 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
2508 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2509 #endif
2510
2511 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
2512 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
2513 /**
2514  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
2515  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2516  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
2517  * @atom_size: allocation atom size
2518  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
2519  *
2520  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
2521  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
2522  * atom size and distances between CPUs.
2523  *
2524  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
2525  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
2526  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
2527  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
2528  * of allocated virtual address space.
2529  *
2530  * RETURNS:
2531  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
2532  * failure, ERR_PTR value is returned.
2533  */
2534 static struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
2535                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
2536                                 size_t atom_size,
2537                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
2538 {
2539         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
2540         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
2541         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2542         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
2543         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
2544         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
2545         int last_allocs, group, unit;
2546         unsigned int cpu, tcpu;
2547         struct pcpu_alloc_info *ai;
2548         unsigned int *cpu_map;
2549
2550         /* this function may be called multiple times */
2551         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
2552         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
2553
2554         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
2555         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
2556                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
2557         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
2558
2559         /*
2560          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
2561          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
2562          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
2563          * or larger than min_unit_size.
2564          */
2565         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2566
2567         /* determine the maximum # of units that can fit in an allocation */
2568         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
2569         upa = alloc_size / min_unit_size;
2570         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2571                 upa--;
2572         max_upa = upa;
2573
2574         /* group cpus according to their proximity */
2575         for_each_possible_cpu(cpu) {
2576                 group = 0;
2577         next_group:
2578                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
2579                         if (cpu == tcpu)
2580                                 break;
2581                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
2582                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
2583                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
2584                                 group++;
2585                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
2586                                 goto next_group;
2587                         }
2588                 }
2589                 group_map[cpu] = group;
2590                 group_cnt[group]++;
2591         }
2592
2593         /*
2594          * Wasted space is caused by a ratio imbalance of upa to group_cnt.
2595          * Expand the unit_size until we use >= 75% of the units allocated.
2596          * Related to atom_size, which could be much larger than the unit_size.
2597          */
2598         last_allocs = INT_MAX;
2599         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
2600                 int allocs = 0, wasted = 0;
2601
2602                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2603                         continue;
2604
2605                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2606                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
2607                         allocs += this_allocs;
2608                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
2609                 }
2610
2611                 /*
2612                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
2613                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
2614                  * passes the following check.
2615                  */
2616                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
2617                         continue;
2618
2619                 /* and then don't consume more memory */
2620                 if (allocs > last_allocs)
2621                         break;
2622                 last_allocs = allocs;
2623                 best_upa = upa;
2624         }
2625         upa = best_upa;
2626
2627         /* allocate and fill alloc_info */
2628         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
2629                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
2630
2631         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
2632         if (!ai)
2633                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2634         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
2635
2636         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2637                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
2638                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
2639         }
2640
2641         ai->static_size = static_size;
2642         ai->reserved_size = reserved_size;
2643         ai->dyn_size = dyn_size;
2644         ai->unit_size = alloc_size / upa;
2645         ai->atom_size = atom_size;
2646         ai->alloc_size = alloc_size;
2647
2648         for (group = 0, unit = 0; group < nr_groups; group++) {
2649                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2650
2651                 /*
2652                  * Initialize base_offset as if all groups are located
2653                  * back-to-back.  The caller should update this to
2654                  * reflect actual allocation.
2655                  */
2656                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
2657
2658                 for_each_possible_cpu(cpu)
2659                         if (group_map[cpu] == group)
2660                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
2661                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
2662                 unit += gi->nr_units;
2663         }
2664         BUG_ON(unit != nr_units);
2665
2666         return ai;
2667 }
2668 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2669
2670 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
2671 /**
2672  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
2673  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2674  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
2675  * @atom_size: allocation atom size
2676  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
2677  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
2678  * @free_fn: function to free percpu page
2679  *
2680  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
2681  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2682  *
2683  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
2684  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
2685  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
2686  * aligned to @atom_size.
2687  *
2688  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
2689  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
2690  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
2691  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
2692  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
2693  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
2694  *
2695  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
2696  *
2697  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
2698  * size, the leftover is returned using @free_fn.
2699  *
2700  * RETURNS:
2701  * 0 on success, -errno on failure.
2702  */
2703 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
2704                                   size_t atom_size,
2705                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
2706                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2707                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
2708 {
2709         void *base = (void *)ULONG_MAX;
2710         void **areas = NULL;
2711         struct pcpu_alloc_info *ai;
2712         size_t size_sum, areas_size;
2713         unsigned long max_distance;
2714         int group, i, highest_group, rc;
2715
2716         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
2717                                    cpu_distance_fn);
2718         if (IS_ERR(ai))
2719                 return PTR_ERR(ai);
2720
2721         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
2722         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
2723
2724         areas = memblock_alloc(areas_size, SMP_CACHE_BYTES);
2725         if (!areas) {
2726                 rc = -ENOMEM;
2727                 goto out_free;
2728         }
2729
2730         /* allocate, copy and determine base address & max_distance */
2731         highest_group = 0;
2732         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2733                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2734                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
2735                 void *ptr;
2736
2737                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
2738                         cpu = gi->cpu_map[i];
2739                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
2740
2741                 /* allocate space for the whole group */
2742                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
2743                 if (!ptr) {
2744                         rc = -ENOMEM;
2745                         goto out_free_areas;
2746                 }
2747                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2748                 kmemleak_free(ptr);
2749                 areas[group] = ptr;
2750
2751                 base = min(ptr, base);
2752                 if (ptr > areas[highest_group])
2753                         highest_group = group;
2754         }
2755         max_distance = areas[highest_group] - base;
2756         max_distance += ai->unit_size * ai->groups[highest_group].nr_units;
2757
2758         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2759         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
2760                 pr_warn("max_distance=0x%lx too large for vmalloc space 0x%lx\n",
2761                                 max_distance, VMALLOC_TOTAL);
2762 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2763                 /* and fail if we have fallback */
2764                 rc = -EINVAL;
2765                 goto out_free_areas;
2766 #endif
2767         }
2768
2769         /*
2770          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
2771          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
2772          * overlapping groups.
2773          */
2774         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2775                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2776                 void *ptr = areas[group];
2777
2778                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
2779                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
2780                                 /* unused unit, free whole */
2781                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
2782                                 continue;
2783                         }
2784                         /* copy and return the unused part */
2785                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2786                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
2787                 }
2788         }
2789
2790         /* base address is now known, determine group base offsets */
2791         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2792                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2793         }
2794
2795         pr_info("Embedded %zu pages/cpu s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2796                 PFN_DOWN(size_sum), ai->static_size, ai->reserved_size,
2797                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2798
2799         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2800         goto out_free;
2801
2802 out_free_areas:
2803         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2804                 if (areas[group])
2805                         free_fn(areas[group],
2806                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2807 out_free:
2808         pcpu_free_alloc_info(ai);
2809         if (areas)
2810                 memblock_free_early(__pa(areas), areas_size);
2811         return rc;
2812 }
2813 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
2814
2815 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2816 /**
2817  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2818  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2819  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2820  * @free_fn: function to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2821  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2822  *
2823  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2824  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2825  *
2826  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2827  * page-by-page into vmalloc area.
2828  *
2829  * RETURNS:
2830  * 0 on success, -errno on failure.
2831  */
2832 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2833                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2834                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2835                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2836 {
2837         static struct vm_struct vm;
2838         struct pcpu_alloc_info *ai;
2839         char psize_str[16];
2840         int unit_pages;
2841         size_t pages_size;
2842         struct page **pages;
2843         int unit, i, j, rc;
2844         int upa;
2845         int nr_g0_units;
2846
2847         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2848
2849         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
2850         if (IS_ERR(ai))
2851                 return PTR_ERR(ai);
2852         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2853         upa = ai->alloc_size/ai->unit_size;
2854         nr_g0_units = roundup(num_possible_cpus(), upa);
2855         if (WARN_ON(ai->groups[0].nr_units != nr_g0_units)) {
2856                 pcpu_free_alloc_info(ai);
2857                 return -EINVAL;
2858         }
2859
2860         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2861
2862         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2863         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2864                                sizeof(pages[0]));
2865         pages = memblock_alloc(pages_size, SMP_CACHE_BYTES);
2866         if (!pages)
2867                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2868                       pages_size);
2869
2870         /* allocate pages */
2871         j = 0;
2872         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2873                 unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2874                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2875                         void *ptr;
2876
2877                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2878                         if (!ptr) {
2879                                 pr_warn("failed to allocate %s page for cpu%u\n",
2880                                                 psize_str, cpu);
2881                                 goto enomem;
2882                         }
2883                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2884                         kmemleak_free(ptr);
2885                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2886                 }
2887         }
2888
2889         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2890         vm.flags = VM_ALLOC;
2891         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2892         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2893
2894         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2895                 unsigned long unit_addr =
2896                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2897
2898                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2899                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2900
2901                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2902                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2903                                       unit_pages);
2904                 if (rc < 0)
2905                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2906
2907                 /*
2908                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2909                  * cache for the linear mapping here - something
2910                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2911                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2912                  * data structures are not set up yet.
2913                  */
2914
2915                 /* copy static data */
2916                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2917         }
2918
2919         /* we're ready, commit */
2920         pr_info("%d %s pages/cpu s%zu r%zu d%zu\n",
2921                 unit_pages, psize_str, ai->static_size,
2922                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2923
2924         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2925         goto out_free_ar;
2926
2927 enomem:
2928         while (--j >= 0)
2929                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2930         rc = -ENOMEM;
2931 out_free_ar:
2932         memblock_free_early(__pa(pages), pages_size);
2933         pcpu_free_alloc_info(ai);
2934         return rc;
2935 }
2936 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2937
2938 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2939 /*
2940  * Generic SMP percpu area setup.
2941  *
2942  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2943  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2944  * important because many archs have addressing restrictions and might
2945  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2946  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2947  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2948  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2949  * mappings on applicable archs.
2950  */
2951 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2952 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2953
2954 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2955                                        size_t align)
2956 {
2957         return  memblock_alloc_from(size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2958 }
2959
2960 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2961 {
2962         memblock_free_early(__pa(ptr), size);
2963 }
2964
2965 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2966 {
2967         unsigned long delta;
2968         unsigned int cpu;
2969         int rc;
2970
2971         /*
2972          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2973          * what the legacy allocator did.
2974          */
2975         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2976                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2977                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2978         if (rc < 0)
2979                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2980
2981         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2982         for_each_possible_cpu(cpu)
2983                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2984 }
2985 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2986
2987 #else   /* CONFIG_SMP */
2988
2989 /*
2990  * UP percpu area setup.
2991  *
2992  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
2993  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
2994  * variables and don't require any special preparation.
2995  */
2996 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2997 {
2998         const size_t unit_size =
2999                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
3000                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
3001         struct pcpu_alloc_info *ai;
3002         void *fc;
3003
3004         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
3005         fc = memblock_alloc_from(unit_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
3006         if (!ai || !fc)
3007                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
3008         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3009         kmemleak_free(fc);
3010
3011         ai->dyn_size = unit_size;
3012         ai->unit_size = unit_size;
3013         ai->atom_size = unit_size;
3014         ai->alloc_size = unit_size;
3015         ai->groups[0].nr_units = 1;
3016         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
3017
3018         if (pcpu_setup_first_chunk(ai, fc) < 0)
3019                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
3020         pcpu_free_alloc_info(ai);
3021 }
3022
3023 #endif  /* CONFIG_SMP */
3024
3025 /*
3026  * pcpu_nr_pages - calculate total number of populated backing pages
3027  *
3028  * This reflects the number of pages populated to back chunks.  Metadata is
3029  * excluded in the number exposed in meminfo as the number of backing pages
3030  * scales with the number of cpus and can quickly outweigh the memory used for
3031  * metadata.  It also keeps this calculation nice and simple.
3032  *
3033  * RETURNS:
3034  * Total number of populated backing pages in use by the allocator.
3035  */
3036 unsigned long pcpu_nr_pages(void)
3037 {
3038         return pcpu_nr_populated * pcpu_nr_units;
3039 }
3040
3041 /*
3042  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
3043  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
3044  * and running.
3045  */
3046 static int __init percpu_enable_async(void)
3047 {
3048         pcpu_async_enabled = true;
3049         return 0;
3050 }
3051 subsys_initcall(percpu_enable_async);