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