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