mm/vmalloc.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
   4  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
   5  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
   6  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
   7  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
   8  *  Improving global KVA allocator, Uladzislau Rezki, Sony, May 2019
   9  */
  10
  11 #include <linux/vmalloc.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/module.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/sched/signal.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/spinlock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/proc_fs.h>
  20 #include <linux/seq_file.h>
  21 #include <linux/set_memory.h>
  22 #include <linux/debugobjects.h>
  23 #include <linux/kallsyms.h>
  24 #include <linux/list.h>
  25 #include <linux/notifier.h>
  26 #include <linux/rbtree.h>
  27 #include <linux/xarray.h>
  28 #include <linux/io.h>
  29 #include <linux/rcupdate.h>
  30 #include <linux/pfn.h>
  31 #include <linux/kmemleak.h>
  32 #include <linux/atomic.h>
  33 #include <linux/compiler.h>
  34 #include <linux/llist.h>
  35 #include <linux/bitops.h>
  36 #include <linux/rbtree_augmented.h>
  37 #include <linux/overflow.h>
  38 #include <linux/pgtable.h>
  39 #include <linux/uaccess.h>
  40 #include <linux/hugetlb.h>
  41 #include <asm/tlbflush.h>
  42 #include <asm/shmparam.h>
  43
  44 #include "internal.h"
  45 #include "pgalloc-track.h"
  46
  47 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
  48 static unsigned int __ro_after_init ioremap_max_page_shift = BITS_PER_LONG - 1;
  49
  50 static int __init set_nohugeiomap(char *str)
  51 {
  52         ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  53         return 0;
  54 }
  55 early_param("nohugeiomap", set_nohugeiomap);
  56 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  57 static const unsigned int ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  58 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  59
  60 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
  61 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
  62
  63 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
  64 {
  65         vmap_allow_huge = false;
  66         return 0;
  67 }
  68 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
  69 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  70 static const bool vmap_allow_huge = false;
  71 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  72
  73 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
  74 {
  75         unsigned long addr = (unsigned long)x;
  76
  77         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
  78 }
  79 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
  80
  81 struct vfree_deferred {
  82         struct llist_head list;
  83         struct work_struct wq;
  84 };
  85 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
  86
  87 static void __vunmap(const void *, int);
  88
  89 static void free_work(struct work_struct *w)
  90 {
  91         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
  92         struct llist_node *t, *llnode;
  93
  94         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
  95                 __vunmap((void *)llnode, 1);
  96 }
  97
  98 /*** Page table manipulation functions ***/
  99 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 100                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 101                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 102 {
 103         pte_t *pte;
 104         u64 pfn;
 105         unsigned long size = PAGE_SIZE;
 106
 107         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 108         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 109         if (!pte)
 110                 return -ENOMEM;
 111         do {
 112                 BUG_ON(!pte_none(*pte));
 113
 114 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 115                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
 116                 if (size != PAGE_SIZE) {
 117                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
 118
 119                         entry = pte_mkhuge(entry);
 120                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
 121                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
 122                         pfn += PFN_DOWN(size);
 123                         continue;
 124                 }
 125 #endif
 126                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
 127                 pfn++;
 128         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
 129         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 130         return 0;
 131 }
 132
 133 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 134                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 135                         unsigned int max_page_shift)
 136 {
 137         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
 138                 return 0;
 139
 140         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
 141                 return 0;
 142
 143         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
 144                 return 0;
 145
 146         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
 147                 return 0;
 148
 149         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
 150                 return 0;
 151
 152         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
 153                 return 0;
 154
 155         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
 156 }
 157
 158 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 159                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 160                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 161 {
 162         pmd_t *pmd;
 163         unsigned long next;
 164
 165         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 166         if (!pmd)
 167                 return -ENOMEM;
 168         do {
 169                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 170
 171                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
 172                                         max_page_shift)) {
 173                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 174                         continue;
 175                 }
 176
 177                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
 178                         return -ENOMEM;
 179         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 180         return 0;
 181 }
 182
 183 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 184                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 185                         unsigned int max_page_shift)
 186 {
 187         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
 188                 return 0;
 189
 190         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
 191                 return 0;
 192
 193         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
 194                 return 0;
 195
 196         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
 197                 return 0;
 198
 199         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
 200                 return 0;
 201
 202         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
 203                 return 0;
 204
 205         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
 206 }
 207
 208 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 209                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 210                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 211 {
 212         pud_t *pud;
 213         unsigned long next;
 214
 215         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 216         if (!pud)
 217                 return -ENOMEM;
 218         do {
 219                 next = pud_addr_end(addr, end);
 220
 221                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 222                                         max_page_shift)) {
 223                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 224                         continue;
 225                 }
 226
 227                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 228                                         max_page_shift, mask))
 229                         return -ENOMEM;
 230         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 231         return 0;
 232 }
 233
 234 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 235                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 236                         unsigned int max_page_shift)
 237 {
 238         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
 239                 return 0;
 240
 241         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
 242                 return 0;
 243
 244         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
 245                 return 0;
 246
 247         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
 248                 return 0;
 249
 250         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
 251                 return 0;
 252
 253         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
 254                 return 0;
 255
 256         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
 257 }
 258
 259 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 260                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 261                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 262 {
 263         p4d_t *p4d;
 264         unsigned long next;
 265
 266         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 267         if (!p4d)
 268                 return -ENOMEM;
 269         do {
 270                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 271
 272                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 273                                         max_page_shift)) {
 274                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 275                         continue;
 276                 }
 277
 278                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 279                                         max_page_shift, mask))
 280                         return -ENOMEM;
 281         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 282         return 0;
 283 }
 284
 285 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 286                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 287                         unsigned int max_page_shift)
 288 {
 289         pgd_t *pgd;
 290         unsigned long start;
 291         unsigned long next;
 292         int err;
 293         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 294
 295         might_sleep();
 296         BUG_ON(addr >= end);
 297
 298         start = addr;
 299         pgd = pgd_offset_k(addr);
 300         do {
 301                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 302                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
 303                                         max_page_shift, &mask);
 304                 if (err)
 305                         break;
 306         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 307
 308         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 309                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 310
 311         return err;
 312 }
 313
 314 int ioremap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 315                 phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 316 {
 317         int err;
 318
 319         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, pgprot_nx(prot),
 320                                  ioremap_max_page_shift);
 321         flush_cache_vmap(addr, end);
 322         return err;
 323 }
 324
 325 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 326                              pgtbl_mod_mask *mask)
 327 {
 328         pte_t *pte;
 329
 330         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 331         do {
 332                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
 333                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
 334         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 335         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 336 }
 337
 338 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 339                              pgtbl_mod_mask *mask)
 340 {
 341         pmd_t *pmd;
 342         unsigned long next;
 343         int cleared;
 344
 345         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 346         do {
 347                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 348
 349                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
 350                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
 351                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 352
 353                 if (cleared)
 354                         continue;
 355                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
 356                         continue;
 357                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
 358
 359                 cond_resched();
 360         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 361 }
 362
 363 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 364                              pgtbl_mod_mask *mask)
 365 {
 366         pud_t *pud;
 367         unsigned long next;
 368         int cleared;
 369
 370         pud = pud_offset(p4d, addr);
 371         do {
 372                 next = pud_addr_end(addr, end);
 373
 374                 cleared = pud_clear_huge(pud);
 375                 if (cleared || pud_bad(*pud))
 376                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 377
 378                 if (cleared)
 379                         continue;
 380                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 381                         continue;
 382                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
 383         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 384 }
 385
 386 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 387                              pgtbl_mod_mask *mask)
 388 {
 389         p4d_t *p4d;
 390         unsigned long next;
 391         int cleared;
 392
 393         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 394         do {
 395                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 396
 397                 cleared = p4d_clear_huge(p4d);
 398                 if (cleared || p4d_bad(*p4d))
 399                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 400
 401                 if (cleared)
 402                         continue;
 403                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
 404                         continue;
 405                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
 406         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 407 }
 408
 409 /*
 410  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
 411  * flush caches or TLBs.
 412  *
 413  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
 414  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
 415  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
 416  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
 417  * coalesced).
 418  *
 419  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 420  */
 421 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 422 {
 423         unsigned long next;
 424         pgd_t *pgd;
 425         unsigned long addr = start;
 426         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 427
 428         BUG_ON(addr >= end);
 429         pgd = pgd_offset_k(addr);
 430         do {
 431                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 432                 if (pgd_bad(*pgd))
 433                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 434                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 435                         continue;
 436                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
 437         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 438
 439         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 440                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 441 }
 442
 443 /**
 444  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
 445  * @addr: start of the VM area to unmap
 446  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
 447  *
 448  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
 449  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
 450  * is a kernel bug.
 451  */
 452 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
 453 {
 454         flush_cache_vunmap(addr, end);
 455         vunmap_range_noflush(addr, end);
 456         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
 457 }
 458
 459 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 460                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 461                 pgtbl_mod_mask *mask)
 462 {
 463         pte_t *pte;
 464
 465         /*
 466          * nr is a running index into the array which helps higher level
 467          * callers keep track of where we're up to.
 468          */
 469
 470         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 471         if (!pte)
 472                 return -ENOMEM;
 473         do {
 474                 struct page *page = pages[*nr];
 475
 476                 if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))
 477                         return -EBUSY;
 478                 if (WARN_ON(!page))
 479                         return -ENOMEM;
 480                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
 481                 (*nr)++;
 482         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 483         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 484         return 0;
 485 }
 486
 487 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
 488                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 489                 pgtbl_mod_mask *mask)
 490 {
 491         pmd_t *pmd;
 492         unsigned long next;
 493
 494         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 495         if (!pmd)
 496                 return -ENOMEM;
 497         do {
 498                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 499                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 500                         return -ENOMEM;
 501         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 502         return 0;
 503 }
 504
 505 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
 506                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 507                 pgtbl_mod_mask *mask)
 508 {
 509         pud_t *pud;
 510         unsigned long next;
 511
 512         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 513         if (!pud)
 514                 return -ENOMEM;
 515         do {
 516                 next = pud_addr_end(addr, end);
 517                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 518                         return -ENOMEM;
 519         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 520         return 0;
 521 }
 522
 523 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 524                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 525                 pgtbl_mod_mask *mask)
 526 {
 527         p4d_t *p4d;
 528         unsigned long next;
 529
 530         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 531         if (!p4d)
 532                 return -ENOMEM;
 533         do {
 534                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 535                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 536                         return -ENOMEM;
 537         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 538         return 0;
 539 }
 540
 541 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 542                 pgprot_t prot, struct page **pages)
 543 {
 544         unsigned long start = addr;
 545         pgd_t *pgd;
 546         unsigned long next;
 547         int err = 0;
 548         int nr = 0;
 549         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 550
 551         BUG_ON(addr >= end);
 552         pgd = pgd_offset_k(addr);
 553         do {
 554                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 555                 if (pgd_bad(*pgd))
 556                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 557                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
 558                 if (err)
 559                         return err;
 560         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 561
 562         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 563                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 564
 565         return 0;
 566 }
 567
 568 /*
 569  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
 570  * flush caches.
 571  *
 572  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
 573  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
 574  *
 575  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 576  */
 577 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 578                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 579 {
 580         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
 581
 582         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
 583
 584         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
 585                         page_shift == PAGE_SHIFT)
 586                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
 587
 588         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
 589                 int err;
 590
 591                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
 592                                         __pa(page_address(pages[i])), prot,
 593                                         page_shift);
 594                 if (err)
 595                         return err;
 596
 597                 addr += 1UL << page_shift;
 598         }
 599
 600         return 0;
 601 }
 602
 603 /**
 604  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
 605  * @addr: start of the VM area to map
 606  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
 607  * @prot: page protection flags to use
 608  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 609  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
 610  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
 611  *
 612  * RETURNS:
 613  * 0 on success, -errno on failure.
 614  */
 615 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 616                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 617 {
 618         int err;
 619
 620         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 621         flush_cache_vmap(addr, end);
 622         return err;
 623 }
 624
 625 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
 626 {
 627         /*
 628          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
 629          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
 630          * just put it in the vmalloc space.
 631          */
 632 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
 633         unsigned long addr = (unsigned long)x;
 634         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
 635                 return 1;
 636 #endif
 637         return is_vmalloc_addr(x);
 638 }
 639
 640 /*
 641  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
 642  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
 643  * matches small vmap mappings.
 644  */
 645 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
 646 {
 647         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
 648         struct page *page = NULL;
 649         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 650         p4d_t *p4d;
 651         pud_t *pud;
 652         pmd_t *pmd;
 653         pte_t *ptep, pte;
 654
 655         /*
 656          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
 657          * architectures that do not vmalloc module space
 658          */
 659         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
 660
 661         if (pgd_none(*pgd))
 662                 return NULL;
 663         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
 664                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
 665         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
 666                 return NULL;
 667
 668         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 669         if (p4d_none(*p4d))
 670                 return NULL;
 671         if (p4d_leaf(*p4d))
 672                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 673         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
 674                 return NULL;
 675
 676         pud = pud_offset(p4d, addr);
 677         if (pud_none(*pud))
 678                 return NULL;
 679         if (pud_leaf(*pud))
 680                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 681         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
 682                 return NULL;
 683
 684         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 685         if (pmd_none(*pmd))
 686                 return NULL;
 687         if (pmd_leaf(*pmd))
 688                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 689         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
 690                 return NULL;
 691
 692         ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 693         pte = *ptep;
 694         if (pte_present(pte))
 695                 page = pte_page(pte);
 696         pte_unmap(ptep);
 697
 698         return page;
 699 }
 700 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
 701
 702 /*
 703  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
 704  */
 705 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
 706 {
 707         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
 708 }
 709 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
 710
 711
 712 /*** Global kva allocator ***/
 713
 714 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
 715 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
 716
 717
 718 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
 719 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
 720 /* Export for kexec only */
 721 LIST_HEAD(vmap_area_list);
 722 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
 723 static bool vmap_initialized __read_mostly;
 724
 725 static struct rb_root purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
 726 static LIST_HEAD(purge_vmap_area_list);
 727 static DEFINE_SPINLOCK(purge_vmap_area_lock);
 728
 729 /*
 730  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
 731  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
 732  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
 733  * free block.
 734  */
 735 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
 736
 737 /*
 738  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
 739  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
 740  */
 741 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
 742
 743 /*
 744  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
 745  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
 746  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
 747  * object is released.
 748  *
 749  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
 750  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
 751  * find a lowest match of free area.
 752  */
 753 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
 754
 755 /*
 756  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
 757  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
 758  * to use more permissive allocation masks.
 759  */
 760 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
 761
 762 static __always_inline unsigned long
 763 va_size(struct vmap_area *va)
 764 {
 765         return (va->va_end - va->va_start);
 766 }
 767
 768 static __always_inline unsigned long
 769 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
 770 {
 771         struct vmap_area *va;
 772
 773         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
 774         return va ? va->subtree_max_size : 0;
 775 }
 776
 777 /*
 778  * Gets called when remove the node and rotate.
 779  */
 780 static __always_inline unsigned long
 781 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
 782 {
 783         return max3(va_size(va),
 784                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
 785                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
 786 }
 787
 788 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
 789         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
 790
 791 static void purge_vmap_area_lazy(void);
 792 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
 793 static unsigned long lazy_max_pages(void);
 794
 795 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
 796
 797 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
 798 {
 799         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
 800 }
 801
 802 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr)
 803 {
 804         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
 805
 806         while (n) {
 807                 struct vmap_area *va;
 808
 809                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
 810                 if (addr < va->va_start)
 811                         n = n->rb_left;
 812                 else if (addr >= va->va_end)
 813                         n = n->rb_right;
 814                 else
 815                         return va;
 816         }
 817
 818         return NULL;
 819 }
 820
 821 /*
 822  * This function returns back addresses of parent node
 823  * and its left or right link for further processing.
 824  *
 825  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
 826  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
 827  * have to be declined and actually considered as a bug.
 828  */
 829 static __always_inline struct rb_node **
 830 find_va_links(struct vmap_area *va,
 831         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
 832         struct rb_node **parent)
 833 {
 834         struct vmap_area *tmp_va;
 835         struct rb_node **link;
 836
 837         if (root) {
 838                 link = &root->rb_node;
 839                 if (unlikely(!*link)) {
 840                         *parent = NULL;
 841                         return link;
 842                 }
 843         } else {
 844                 link = &from;
 845         }
 846
 847         /*
 848          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
 849          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
 850          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
 851          */
 852         do {
 853                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
 854
 855                 /*
 856                  * During the traversal we also do some sanity check.
 857                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
 858                  * or full overlaps.
 859                  */
 860                 if (va->va_start < tmp_va->va_end &&
 861                                 va->va_end <= tmp_va->va_start)
 862                         link = &(*link)->rb_left;
 863                 else if (va->va_end > tmp_va->va_start &&
 864                                 va->va_start >= tmp_va->va_end)
 865                         link = &(*link)->rb_right;
 866                 else {
 867                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
 868                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
 869
 870                         return NULL;
 871                 }
 872         } while (*link);
 873
 874         *parent = &tmp_va->rb_node;
 875         return link;
 876 }
 877
 878 static __always_inline struct list_head *
 879 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
 880 {
 881         struct list_head *list;
 882
 883         if (unlikely(!parent))
 884                 /*
 885                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
 886                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
 887                  * there is no free vmap space. Normally it does not
 888                  * happen but we handle this case anyway.
 889                  */
 890                 return NULL;
 891
 892         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
 893         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
 894 }
 895
 896 static __always_inline void
 897 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
 898         struct rb_node *parent, struct rb_node **link, struct list_head *head)
 899 {
 900         /*
 901          * VA is still not in the list, but we can
 902          * identify its future previous list_head node.
 903          */
 904         if (likely(parent)) {
 905                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
 906                 if (&parent->rb_right != link)
 907                         head = head->prev;
 908         }
 909
 910         /* Insert to the rb-tree */
 911         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
 912         if (root == &free_vmap_area_root) {
 913                 /*
 914                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
 915                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
 916                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
 917                  * It is because of we populate the tree from the bottom
 918                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
 919                  *
 920                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
 921                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
 922                  * the correct order later on.
 923                  */
 924                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
 925                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
 926                 va->subtree_max_size = 0;
 927         } else {
 928                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
 929         }
 930
 931         /* Address-sort this list */
 932         list_add(&va->list, head);
 933 }
 934
 935 static __always_inline void
 936 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
 937 {
 938         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
 939                 return;
 940
 941         if (root == &free_vmap_area_root)
 942                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
 943                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
 944         else
 945                 rb_erase(&va->rb_node, root);
 946
 947         list_del(&va->list);
 948         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
 949 }
 950
 951 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
 952 static void
 953 augment_tree_propagate_check(void)
 954 {
 955         struct vmap_area *va;
 956         unsigned long computed_size;
 957
 958         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
 959                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
 960                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
 961                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
 962                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
 963         }
 964 }
 965 #endif
 966
 967 /*
 968  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
 969  * levels starting from VA point. The propagation must be done
 970  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
 971  * in case of newly inserting of VA to the tree.
 972  *
 973  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
 974  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
 975  * - After VA has been shrunk(allocation path);
 976  * - After VA has been increased(merging path).
 977  *
 978  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
 979  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
 980  * to the root node.
 981  *
 982  *       4--8
 983  *        /\
 984  *       /  \
 985  *      /    \
 986  *    2--2  8--8
 987  *
 988  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
 989  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
 990  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
 991  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
 992  * node becomes 4--6.
 993  */
 994 static __always_inline void
 995 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
 996 {
 997         /*
 998          * Populate the tree from bottom towards the root until
 999          * the calculated maximum available size of checked node
1000          * is equal to its current one.
1001          */
1002         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1003
1004 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1005         augment_tree_propagate_check();
1006 #endif
1007 }
1008
1009 static void
1010 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1011         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1012 {
1013         struct rb_node **link;
1014         struct rb_node *parent;
1015
1016         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1017         if (link)
1018                 link_va(va, root, parent, link, head);
1019 }
1020
1021 static void
1022 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1023         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1024         struct list_head *head)
1025 {
1026         struct rb_node **link;
1027         struct rb_node *parent;
1028
1029         if (from)
1030                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1031         else
1032                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1033
1034         if (link) {
1035                 link_va(va, root, parent, link, head);
1036                 augment_tree_propagate_from(va);
1037         }
1038 }
1039
1040 /*
1041  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1042  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1043  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1044  * freed.
1045  *
1046  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1047  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1048  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1049  * ongoing.
1050  */
1051 static __always_inline struct vmap_area *
1052 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1053         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1054 {
1055         struct vmap_area *sibling;
1056         struct list_head *next;
1057         struct rb_node **link;
1058         struct rb_node *parent;
1059         bool merged = false;
1060
1061         /*
1062          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1063          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1064          */
1065         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1066         if (!link)
1067                 return NULL;
1068
1069         /*
1070          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1071          */
1072         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1073         if (unlikely(next == NULL))
1074                 goto insert;
1075
1076         /*
1077          * start            end
1078          * |                |
1079          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1080          *                  |                |
1081          *                  start            end
1082          */
1083         if (next != head) {
1084                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1085                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1086                         sibling->va_start = va->va_start;
1087
1088                         /* Free vmap_area object. */
1089                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1090
1091                         /* Point to the new merged area. */
1092                         va = sibling;
1093                         merged = true;
1094                 }
1095         }
1096
1097         /*
1098          * start            end
1099          * |                |
1100          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1101          *                  |                |
1102          *                  start            end
1103          */
1104         if (next->prev != head) {
1105                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1106                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1107                         /*
1108                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1109                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1110                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1111                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1112                          * "normalized" because of rotation operations.
1113                          */
1114                         if (merged)
1115                                 unlink_va(va, root);
1116
1117                         sibling->va_end = va->va_end;
1118
1119                         /* Free vmap_area object. */
1120                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1121
1122                         /* Point to the new merged area. */
1123                         va = sibling;
1124                         merged = true;
1125                 }
1126         }
1127
1128 insert:
1129         if (!merged)
1130                 link_va(va, root, parent, link, head);
1131
1132         return va;
1133 }
1134
1135 static __always_inline struct vmap_area *
1136 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1137         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1138 {
1139         va = merge_or_add_vmap_area(va, root, head);
1140         if (va)
1141                 augment_tree_propagate_from(va);
1142
1143         return va;
1144 }
1145
1146 static __always_inline bool
1147 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1148         unsigned long align, unsigned long vstart)
1149 {
1150         unsigned long nva_start_addr;
1151
1152         if (va->va_start > vstart)
1153                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1154         else
1155                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1156
1157         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1158         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1159                         nva_start_addr < vstart)
1160                 return false;
1161
1162         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1163 }
1164
1165 /*
1166  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1167  * that will accomplish the request corresponding to passing
1168  * parameters.
1169  */
1170 static __always_inline struct vmap_area *
1171 find_vmap_lowest_match(unsigned long size,
1172         unsigned long align, unsigned long vstart)
1173 {
1174         struct vmap_area *va;
1175         struct rb_node *node;
1176         unsigned long length;
1177
1178         /* Start from the root. */
1179         node = free_vmap_area_root.rb_node;
1180
1181         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1182         length = size + align - 1;
1183
1184         while (node) {
1185                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1186
1187                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1188                                 vstart < va->va_start) {
1189                         node = node->rb_left;
1190                 } else {
1191                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1192                                 return va;
1193
1194                         /*
1195                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1196                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1197                          * equal or bigger to the requested search length.
1198                          */
1199                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1200                                 node = node->rb_right;
1201                                 continue;
1202                         }
1203
1204                         /*
1205                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1206                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1207                          * only once due to "vstart" restriction.
1208                          */
1209                         while ((node = rb_parent(node))) {
1210                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1211                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1212                                         return va;
1213
1214                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1215                                                 vstart <= va->va_start) {
1216                                         node = node->rb_right;
1217                                         break;
1218                                 }
1219                         }
1220                 }
1221         }
1222
1223         return NULL;
1224 }
1225
1226 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1227 #include <linux/random.h>
1228
1229 static struct vmap_area *
1230 find_vmap_lowest_linear_match(unsigned long size,
1231         unsigned long align, unsigned long vstart)
1232 {
1233         struct vmap_area *va;
1234
1235         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1236                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1237                         continue;
1238
1239                 return va;
1240         }
1241
1242         return NULL;
1243 }
1244
1245 static void
1246 find_vmap_lowest_match_check(unsigned long size)
1247 {
1248         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1249         unsigned long vstart;
1250         unsigned int rnd;
1251
1252         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1253         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1254
1255         va_1 = find_vmap_lowest_match(size, 1, vstart);
1256         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(size, 1, vstart);
1257
1258         if (va_1 != va_2)
1259                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1260                         va_1, va_2, vstart);
1261 }
1262 #endif
1263
1264 enum fit_type {
1265         NOTHING_FIT = 0,
1266         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1267         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1268         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1269         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1270 };
1271
1272 static __always_inline enum fit_type
1273 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1274         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1275 {
1276         enum fit_type type;
1277
1278         /* Check if it is within VA. */
1279         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1280                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1281                 return NOTHING_FIT;
1282
1283         /* Now classify. */
1284         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1285                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1286                         type = FL_FIT_TYPE;
1287                 else
1288                         type = LE_FIT_TYPE;
1289         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1290                 type = RE_FIT_TYPE;
1291         } else {
1292                 type = NE_FIT_TYPE;
1293         }
1294
1295         return type;
1296 }
1297
1298 static __always_inline int
1299 adjust_va_to_fit_type(struct vmap_area *va,
1300         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size,
1301         enum fit_type type)
1302 {
1303         struct vmap_area *lva = NULL;
1304
1305         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1306                 /*
1307                  * No need to split VA, it fully fits.
1308                  *
1309                  * |               |
1310                  * V      NVA      V
1311                  * |---------------|
1312                  */
1313                 unlink_va(va, &free_vmap_area_root);
1314                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1315         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1316                 /*
1317                  * Split left edge of fit VA.
1318                  *
1319                  * |       |
1320                  * V  NVA  V   R
1321                  * |-------|-------|
1322                  */
1323                 va->va_start += size;
1324         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1325                 /*
1326                  * Split right edge of fit VA.
1327                  *
1328                  *         |       |
1329                  *     L   V  NVA  V
1330                  * |-------|-------|
1331                  */
1332                 va->va_end = nva_start_addr;
1333         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1334                 /*
1335                  * Split no edge of fit VA.
1336                  *
1337                  *     |       |
1338                  *   L V  NVA  V R
1339                  * |---|-------|---|
1340                  */
1341                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1342                 if (unlikely(!lva)) {
1343                         /*
1344                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1345                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1346                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1347                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1348                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1349                          * are its main fitting cases.
1350                          *
1351                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1352                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1353                          * big free space that has to be split.
1354                          *
1355                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1356                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1357                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1358                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1359                          * split purpose. That is rare and most time does not
1360                          * occur.
1361                          *
1362                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1363                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1364                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1365                          * triggered to repeat one more time. See more details
1366                          * in alloc_vmap_area() function.
1367                          */
1368                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1369                         if (!lva)
1370                                 return -1;
1371                 }
1372
1373                 /*
1374                  * Build the remainder.
1375                  */
1376                 lva->va_start = va->va_start;
1377                 lva->va_end = nva_start_addr;
1378
1379                 /*
1380                  * Shrink this VA to remaining size.
1381                  */
1382                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1383         } else {
1384                 return -1;
1385         }
1386
1387         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1388                 augment_tree_propagate_from(va);
1389
1390                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1391                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node,
1392                                 &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1393         }
1394
1395         return 0;
1396 }
1397
1398 /*
1399  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1400  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1401  */
1402 static __always_inline unsigned long
1403 __alloc_vmap_area(unsigned long size, unsigned long align,
1404         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1405 {
1406         unsigned long nva_start_addr;
1407         struct vmap_area *va;
1408         enum fit_type type;
1409         int ret;
1410
1411         va = find_vmap_lowest_match(size, align, vstart);
1412         if (unlikely(!va))
1413                 return vend;
1414
1415         if (va->va_start > vstart)
1416                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1417         else
1418                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1419
1420         /* Check the "vend" restriction. */
1421         if (nva_start_addr + size > vend)
1422                 return vend;
1423
1424         /* Classify what we have found. */
1425         type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1426         if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
1427                 return vend;
1428
1429         /* Update the free vmap_area. */
1430         ret = adjust_va_to_fit_type(va, nva_start_addr, size, type);
1431         if (ret)
1432                 return vend;
1433
1434 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1435         find_vmap_lowest_match_check(size);
1436 #endif
1437
1438         return nva_start_addr;
1439 }
1440
1441 /*
1442  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1443  */
1444 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1445 {
1446         /*
1447          * Remove from the busy tree/list.
1448          */
1449         spin_lock(&vmap_area_lock);
1450         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1451         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1452
1453         /*
1454          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1455          */
1456         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1457         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1458         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1459 }
1460
1461 static inline void
1462 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1463 {
1464         struct vmap_area *va = NULL;
1465
1466         /*
1467          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1468          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1469          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1470          *
1471          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1472          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1473          * condition and high memory pressure.
1474          */
1475         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1476                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1477
1478         spin_lock(lock);
1479
1480         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1481                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1482 }
1483
1484 /*
1485  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1486  * vstart and vend.
1487  */
1488 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1489                                 unsigned long align,
1490                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1491                                 int node, gfp_t gfp_mask)
1492 {
1493         struct vmap_area *va;
1494         unsigned long addr;
1495         int purged = 0;
1496         int ret;
1497
1498         BUG_ON(!size);
1499         BUG_ON(offset_in_page(size));
1500         BUG_ON(!is_power_of_2(align));
1501
1502         if (unlikely(!vmap_initialized))
1503                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1504
1505         might_sleep();
1506         gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1507
1508         va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1509         if (unlikely(!va))
1510                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1511
1512         /*
1513          * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1514          * to avoid false negatives.
1515          */
1516         kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1517
1518 retry:
1519         preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1520         addr = __alloc_vmap_area(size, align, vstart, vend);
1521         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1522
1523         /*
1524          * If an allocation fails, the "vend" address is
1525          * returned. Therefore trigger the overflow path.
1526          */
1527         if (unlikely(addr == vend))
1528                 goto overflow;
1529
1530         va->va_start = addr;
1531         va->va_end = addr + size;
1532         va->vm = NULL;
1533
1534         spin_lock(&vmap_area_lock);
1535         insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
1536         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1537
1538         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
1539         BUG_ON(va->va_start < vstart);
1540         BUG_ON(va->va_end > vend);
1541
1542         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
1543         if (ret) {
1544                 free_vmap_area(va);
1545                 return ERR_PTR(ret);
1546         }
1547
1548         return va;
1549
1550 overflow:
1551         if (!purged) {
1552                 purge_vmap_area_lazy();
1553                 purged = 1;
1554                 goto retry;
1555         }
1556
1557         if (gfpflags_allow_blocking(gfp_mask)) {
1558                 unsigned long freed = 0;
1559                 blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
1560                 if (freed > 0) {
1561                         purged = 0;
1562                         goto retry;
1563                 }
1564         }
1565
1566         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
1567                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
1568                         size);
1569
1570         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1571         return ERR_PTR(-EBUSY);
1572 }
1573
1574 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1575 {
1576         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
1577 }
1578 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
1579
1580 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1581 {
1582         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
1583 }
1584 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
1585
1586 /*
1587  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
1588  * before attempting to purge with a TLB flush.
1589  *
1590  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
1591  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
1592  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
1593  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
1594  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
1595  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
1596  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
1597  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
1598  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
1599  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
1600  * becomes a problem on bigger systems.
1601  */
1602 static unsigned long lazy_max_pages(void)
1603 {
1604         unsigned int log;
1605
1606         log = fls(num_online_cpus());
1607
1608         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
1609 }
1610
1611 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
1612
1613 /*
1614  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
1615  * by this look, but we want to avoid concurrent calls for performance
1616  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
1617  */
1618 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
1619
1620 /* for per-CPU blocks */
1621 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
1622
1623 #ifdef CONFIG_X86_64
1624 /*
1625  * called before a call to iounmap() if the caller wants vm_area_struct's
1626  * immediately freed.
1627  */
1628 void set_iounmap_nonlazy(void)
1629 {
1630         atomic_long_set(&vmap_lazy_nr, lazy_max_pages()+1);
1631 }
1632 #endif /* CONFIG_X86_64 */
1633
1634 /*
1635  * Purges all lazily-freed vmap areas.
1636  */
1637 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end)
1638 {
1639         unsigned long resched_threshold;
1640         struct list_head local_pure_list;
1641         struct vmap_area *va, *n_va;
1642
1643         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
1644
1645         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1646         purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
1647         list_replace_init(&purge_vmap_area_list, &local_pure_list);
1648         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1649
1650         if (unlikely(list_empty(&local_pure_list)))
1651                 return false;
1652
1653         start = min(start,
1654                 list_first_entry(&local_pure_list,
1655                         struct vmap_area, list)->va_start);
1656
1657         end = max(end,
1658                 list_last_entry(&local_pure_list,
1659                         struct vmap_area, list)->va_end);
1660
1661         flush_tlb_kernel_range(start, end);
1662         resched_threshold = lazy_max_pages() << 1;
1663
1664         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1665         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &local_pure_list, list) {
1666                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
1667                 unsigned long orig_start = va->va_start;
1668                 unsigned long orig_end = va->va_end;
1669
1670                 /*
1671                  * Finally insert or merge lazily-freed area. It is
1672                  * detached and there is no need to "unlink" it from
1673                  * anything.
1674                  */
1675                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root,
1676                                 &free_vmap_area_list);
1677
1678                 if (!va)
1679                         continue;
1680
1681                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
1682                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
1683                                               va->va_start, va->va_end);
1684
1685                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
1686
1687                 if (atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) < resched_threshold)
1688                         cond_resched_lock(&free_vmap_area_lock);
1689         }
1690         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1691         return true;
1692 }
1693
1694 /*
1695  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas. Don't bother if somebody
1696  * is already purging.
1697  */
1698 static void try_purge_vmap_area_lazy(void)
1699 {
1700         if (mutex_trylock(&vmap_purge_lock)) {
1701                 __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1702                 mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1703         }
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas.
1708  */
1709 static void purge_vmap_area_lazy(void)
1710 {
1711         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1712         purge_fragmented_blocks_allcpus();
1713         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1714         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1715 }
1716
1717 /*
1718  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped
1719  * and flush_cache_vunmap had been called for the correct range
1720  * previously.
1721  */
1722 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
1723 {
1724         unsigned long nr_lazy;
1725
1726         spin_lock(&vmap_area_lock);
1727         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1728         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1729
1730         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
1731                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
1732
1733         /*
1734          * Merge or place it to the purge tree/list.
1735          */
1736         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1737         merge_or_add_vmap_area(va,
1738                 &purge_vmap_area_root, &purge_vmap_area_list);
1739         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1740
1741         /* After this point, we may free va at any time */
1742         if (unlikely(nr_lazy > lazy_max_pages()))
1743                 try_purge_vmap_area_lazy();
1744 }
1745
1746 /*
1747  * Free and unmap a vmap area
1748  */
1749 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
1750 {
1751         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
1752         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
1753         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1754                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
1755
1756         free_vmap_area_noflush(va);
1757 }
1758
1759 static struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
1760 {
1761         struct vmap_area *va;
1762
1763         spin_lock(&vmap_area_lock);
1764         va = __find_vmap_area(addr);
1765         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1766
1767         return va;
1768 }
1769
1770 /*** Per cpu kva allocator ***/
1771
1772 /*
1773  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
1774  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
1775  */
1776 /*
1777  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
1778  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
1779  * instead (we just need a rough idea)
1780  */
1781 #if BITS_PER_LONG == 32
1782 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
1783 #else
1784 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
1785 #endif
1786
1787 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
1788 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
1789 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
1790 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
1791 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
1792 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
1793 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
1794                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
1795                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
1796                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
1797
1798 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
1799
1800 struct vmap_block_queue {
1801         spinlock_t lock;
1802         struct list_head free;
1803 };
1804
1805 struct vmap_block {
1806         spinlock_t lock;
1807         struct vmap_area *va;
1808         unsigned long free, dirty;
1809         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
1810         struct list_head free_list;
1811         struct rcu_head rcu_head;
1812         struct list_head purge;
1813 };
1814
1815 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
1816 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
1817
1818 /*
1819  * XArray of vmap blocks, indexed by address, to quickly find a vmap block
1820  * in the free path. Could get rid of this if we change the API to return a
1821  * "cookie" from alloc, to be passed to free. But no big deal yet.
1822  */
1823 static DEFINE_XARRAY(vmap_blocks);
1824
1825 /*
1826  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
1827  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
1828  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
1829  * big problem.
1830  */
1831
1832 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
1833 {
1834         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
1835         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
1836         return addr;
1837 }
1838
1839 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
1840 {
1841         unsigned long addr;
1842
1843         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
1844         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
1845         return (void *)addr;
1846 }
1847
1848 /**
1849  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
1850  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
1851  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
1852  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
1853  *
1854  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
1855  */
1856 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
1857 {
1858         struct vmap_block_queue *vbq;
1859         struct vmap_block *vb;
1860         struct vmap_area *va;
1861         unsigned long vb_idx;
1862         int node, err;
1863         void *vaddr;
1864
1865         node = numa_node_id();
1866
1867         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
1868                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1869         if (unlikely(!vb))
1870                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1871
1872         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
1873                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1874                                         node, gfp_mask);
1875         if (IS_ERR(va)) {
1876                 kfree(vb);
1877                 return ERR_CAST(va);
1878         }
1879
1880         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
1881         spin_lock_init(&vb->lock);
1882         vb->va = va;
1883         /* At least something should be left free */
1884         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
1885         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
1886         vb->dirty = 0;
1887         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
1888         vb->dirty_max = 0;
1889         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
1890
1891         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
1892         err = xa_insert(&vmap_blocks, vb_idx, vb, gfp_mask);
1893         if (err) {
1894                 kfree(vb);
1895                 free_vmap_area(va);
1896                 return ERR_PTR(err);
1897         }
1898
1899         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1900         spin_lock(&vbq->lock);
1901         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
1902         spin_unlock(&vbq->lock);
1903         put_cpu_var(vmap_block_queue);
1904
1905         return vaddr;
1906 }
1907
1908 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
1909 {
1910         struct vmap_block *tmp;
1911
1912         tmp = xa_erase(&vmap_blocks, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
1913         BUG_ON(tmp != vb);
1914
1915         free_vmap_area_noflush(vb->va);
1916         kfree_rcu(vb, rcu_head);
1917 }
1918
1919 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
1920 {
1921         LIST_HEAD(purge);
1922         struct vmap_block *vb;
1923         struct vmap_block *n_vb;
1924         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1925
1926         rcu_read_lock();
1927         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1928
1929                 if (!(vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS))
1930                         continue;
1931
1932                 spin_lock(&vb->lock);
1933                 if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
1934                         vb->free = 0; /* prevent further allocs after releasing lock */
1935                         vb->dirty = VMAP_BBMAP_BITS; /* prevent purging it again */
1936                         vb->dirty_min = 0;
1937                         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
1938                         spin_lock(&vbq->lock);
1939                         list_del_rcu(&vb->free_list);
1940                         spin_unlock(&vbq->lock);
1941                         spin_unlock(&vb->lock);
1942                         list_add_tail(&vb->purge, &purge);
1943                 } else
1944                         spin_unlock(&vb->lock);
1945         }
1946         rcu_read_unlock();
1947
1948         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, &purge, purge) {
1949                 list_del(&vb->purge);
1950                 free_vmap_block(vb);
1951         }
1952 }
1953
1954 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
1955 {
1956         int cpu;
1957
1958         for_each_possible_cpu(cpu)
1959                 purge_fragmented_blocks(cpu);
1960 }
1961
1962 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
1963 {
1964         struct vmap_block_queue *vbq;
1965         struct vmap_block *vb;
1966         void *vaddr = NULL;
1967         unsigned int order;
1968
1969         BUG_ON(offset_in_page(size));
1970         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
1971         if (WARN_ON(size == 0)) {
1972                 /*
1973                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
1974                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
1975                  * early.
1976                  */
1977                 return NULL;
1978         }
1979         order = get_order(size);
1980
1981         rcu_read_lock();
1982         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1983         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1984                 unsigned long pages_off;
1985
1986                 spin_lock(&vb->lock);
1987                 if (vb->free < (1UL << order)) {
1988                         spin_unlock(&vb->lock);
1989                         continue;
1990                 }
1991
1992                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
1993                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
1994                 vb->free -= 1UL << order;
1995                 if (vb->free == 0) {
1996                         spin_lock(&vbq->lock);
1997                         list_del_rcu(&vb->free_list);
1998                         spin_unlock(&vbq->lock);
1999                 }
2000
2001                 spin_unlock(&vb->lock);
2002                 break;
2003         }
2004
2005         put_cpu_var(vmap_block_queue);
2006         rcu_read_unlock();
2007
2008         /* Allocate new block if nothing was found */
2009         if (!vaddr)
2010                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2011
2012         return vaddr;
2013 }
2014
2015 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2016 {
2017         unsigned long offset;
2018         unsigned int order;
2019         struct vmap_block *vb;
2020
2021         BUG_ON(offset_in_page(size));
2022         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2023
2024         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2025
2026         order = get_order(size);
2027         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2028         vb = xa_load(&vmap_blocks, addr_to_vb_idx(addr));
2029
2030         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2031
2032         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2033                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2034
2035         spin_lock(&vb->lock);
2036
2037         /* Expand dirty range */
2038         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2039         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2040
2041         vb->dirty += 1UL << order;
2042         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2043                 BUG_ON(vb->free);
2044                 spin_unlock(&vb->lock);
2045                 free_vmap_block(vb);
2046         } else
2047                 spin_unlock(&vb->lock);
2048 }
2049
2050 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2051 {
2052         int cpu;
2053
2054         if (unlikely(!vmap_initialized))
2055                 return;
2056
2057         might_sleep();
2058
2059         for_each_possible_cpu(cpu) {
2060                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2061                 struct vmap_block *vb;
2062
2063                 rcu_read_lock();
2064                 list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2065                         spin_lock(&vb->lock);
2066                         if (vb->dirty && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2067                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2068                                 unsigned long s, e;
2069
2070                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2071                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2072
2073                                 start = min(s, start);
2074                                 end   = max(e, end);
2075
2076                                 flush = 1;
2077                         }
2078                         spin_unlock(&vb->lock);
2079                 }
2080                 rcu_read_unlock();
2081         }
2082
2083         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2084         purge_fragmented_blocks_allcpus();
2085         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end) && flush)
2086                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2087         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2088 }
2089
2090 /**
2091  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2092  *
2093  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2094  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2095  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2096  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2097  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2098  *
2099  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2100  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2101  * from the vmap layer.
2102  */
2103 void vm_unmap_aliases(void)
2104 {
2105         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2106         int flush = 0;
2107
2108         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2109 }
2110 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2111
2112 /**
2113  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2114  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2115  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2116  */
2117 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2118 {
2119         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2120         unsigned long addr = (unsigned long)mem;
2121         struct vmap_area *va;
2122
2123         might_sleep();
2124         BUG_ON(!addr);
2125         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2126         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2127         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2128
2129         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2130
2131         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2132                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2133                 vb_free(addr, size);
2134                 return;
2135         }
2136
2137         va = find_vmap_area(addr);
2138         BUG_ON(!va);
2139         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2140                                     (va->va_end - va->va_start));
2141         free_unmap_vmap_area(va);
2142 }
2143 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2144
2145 /**
2146  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2147  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2148  * @count: number of pages
2149  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2150  *
2151  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2152  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2153  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2154  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2155  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2156  *
2157  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2158  */
2159 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2160 {
2161         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2162         unsigned long addr;
2163         void *mem;
2164
2165         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2166                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2167                 if (IS_ERR(mem))
2168                         return NULL;
2169                 addr = (unsigned long)mem;
2170         } else {
2171                 struct vmap_area *va;
2172                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2173                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END, node, GFP_KERNEL);
2174                 if (IS_ERR(va))
2175                         return NULL;
2176
2177                 addr = va->va_start;
2178                 mem = (void *)addr;
2179         }
2180
2181         kasan_unpoison_vmalloc(mem, size);
2182
2183         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2184                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2185                 vm_unmap_ram(mem, count);
2186                 return NULL;
2187         }
2188
2189         return mem;
2190 }
2191 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2192
2193 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2194
2195 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2196 {
2197 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2198         return vm->page_order;
2199 #else
2200         return 0;
2201 #endif
2202 }
2203
2204 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2205 {
2206 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2207         vm->page_order = order;
2208 #else
2209         BUG_ON(order != 0);
2210 #endif
2211 }
2212
2213 /**
2214  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
2215  * @vm: vm_struct to add
2216  *
2217  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
2218  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
2219  * should contain proper values and the other fields should be zero.
2220  *
2221  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2222  */
2223 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
2224 {
2225         struct vm_struct *tmp, **p;
2226
2227         BUG_ON(vmap_initialized);
2228         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
2229                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
2230                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
2231                         break;
2232                 } else
2233                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
2234         }
2235         vm->next = *p;
2236         *p = vm;
2237 }
2238
2239 /**
2240  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
2241  * @vm: vm_struct to register
2242  * @align: requested alignment
2243  *
2244  * This function is used to register kernel vm area before
2245  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
2246  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
2247  * vm->addr contains the allocated address.
2248  *
2249  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2250  */
2251 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
2252 {
2253         static size_t vm_init_off __initdata;
2254         unsigned long addr;
2255
2256         addr = ALIGN(VMALLOC_START + vm_init_off, align);
2257         vm_init_off = PFN_ALIGN(addr + vm->size) - VMALLOC_START;
2258
2259         vm->addr = (void *)addr;
2260
2261         vm_area_add_early(vm);
2262 }
2263
2264 static void vmap_init_free_space(void)
2265 {
2266         unsigned long vmap_start = 1;
2267         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
2268         struct vmap_area *busy, *free;
2269
2270         /*
2271          *     B     F     B     B     B     F
2272          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
2273          *  |           The KVA space           |
2274          *  |<--------------------------------->|
2275          */
2276         list_for_each_entry(busy, &vmap_area_list, list) {
2277                 if (busy->va_start - vmap_start > 0) {
2278                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2279                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2280                                 free->va_start = vmap_start;
2281                                 free->va_end = busy->va_start;
2282
2283                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2284                                         &free_vmap_area_root,
2285                                                 &free_vmap_area_list);
2286                         }
2287                 }
2288
2289                 vmap_start = busy->va_end;
2290         }
2291
2292         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
2293                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2294                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2295                         free->va_start = vmap_start;
2296                         free->va_end = vmap_end;
2297
2298                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2299                                 &free_vmap_area_root,
2300                                         &free_vmap_area_list);
2301                 }
2302         }
2303 }
2304
2305 void __init vmalloc_init(void)
2306 {
2307         struct vmap_area *va;
2308         struct vm_struct *tmp;
2309         int i;
2310
2311         /*
2312          * Create the cache for vmap_area objects.
2313          */
2314         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
2315
2316         for_each_possible_cpu(i) {
2317                 struct vmap_block_queue *vbq;
2318                 struct vfree_deferred *p;
2319
2320                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
2321                 spin_lock_init(&vbq->lock);
2322                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
2323                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
2324                 init_llist_head(&p->list);
2325                 INIT_WORK(&p->wq, free_work);
2326         }
2327
2328         /* Import existing vmlist entries. */
2329         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
2330                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2331                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
2332                         continue;
2333
2334                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
2335                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
2336                 va->vm = tmp;
2337                 insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
2338         }
2339
2340         /*
2341          * Now we can initialize a free vmap space.
2342          */
2343         vmap_init_free_space();
2344         vmap_initialized = true;
2345 }
2346
2347 static inline void setup_vmalloc_vm_locked(struct vm_struct *vm,
2348         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
2349 {
2350         vm->flags = flags;
2351         vm->addr = (void *)va->va_start;
2352         vm->size = va->va_end - va->va_start;
2353         vm->caller = caller;
2354         va->vm = vm;
2355 }
2356
2357 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
2358                               unsigned long flags, const void *caller)
2359 {
2360         spin_lock(&vmap_area_lock);
2361         setup_vmalloc_vm_locked(vm, va, flags, caller);
2362         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2363 }
2364
2365 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
2366 {
2367         /*
2368          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
2369          * we should make sure that vm has proper values.
2370          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
2371          */
2372         smp_wmb();
2373         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
2374 }
2375
2376 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
2377                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
2378                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
2379                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
2380 {
2381         struct vmap_area *va;
2382         struct vm_struct *area;
2383         unsigned long requested_size = size;
2384
2385         BUG_ON(in_interrupt());
2386         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
2387         if (unlikely(!size))
2388                 return NULL;
2389
2390         if (flags & VM_IOREMAP)
2391                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
2392                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
2393
2394         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2395         if (unlikely(!area))
2396                 return NULL;
2397
2398         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
2399                 size += PAGE_SIZE;
2400
2401         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);
2402         if (IS_ERR(va)) {
2403                 kfree(area);
2404                 return NULL;
2405         }
2406
2407         kasan_unpoison_vmalloc((void *)va->va_start, requested_size);
2408
2409         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
2410
2411         return area;
2412 }
2413
2414 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2415                                        unsigned long start, unsigned long end,
2416                                        const void *caller)
2417 {
2418         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
2419                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2420 }
2421
2422 /**
2423  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
2424  * @size:        size of the area
2425  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
2426  *
2427  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
2428  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
2429  * on success or %NULL on failure.
2430  *
2431  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2432  */
2433 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
2434 {
2435         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2436                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2437                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
2438                                   __builtin_return_address(0));
2439 }
2440
2441 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2442                                 const void *caller)
2443 {
2444         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2445                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2446                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2447 }
2448
2449 /**
2450  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
2451  * @addr:         base address
2452  *
2453  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
2454  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
2455  * pointer valid.
2456  *
2457  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2458  */
2459 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
2460 {
2461         struct vmap_area *va;
2462
2463         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
2464         if (!va)
2465                 return NULL;
2466
2467         return va->vm;
2468 }
2469
2470 /**
2471  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
2472  * @addr:           base address
2473  *
2474  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
2475  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
2476  * on SMP machines, except for its size or flags.
2477  *
2478  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2479  */
2480 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
2481 {
2482         struct vmap_area *va;
2483
2484         might_sleep();
2485
2486         spin_lock(&vmap_area_lock);
2487         va = __find_vmap_area((unsigned long)addr);
2488         if (va && va->vm) {
2489                 struct vm_struct *vm = va->vm;
2490
2491                 va->vm = NULL;
2492                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
2493
2494                 kasan_free_shadow(vm);
2495                 free_unmap_vmap_area(va);
2496
2497                 return vm;
2498         }
2499
2500         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2501         return NULL;
2502 }
2503
2504 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
2505                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
2506 {
2507         int i;
2508
2509         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
2510         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
2511                 if (page_address(area->pages[i]))
2512                         set_direct_map(area->pages[i]);
2513 }
2514
2515 /* Handle removing and resetting vm mappings related to the vm_struct. */
2516 static void vm_remove_mappings(struct vm_struct *area, int deallocate_pages)
2517 {
2518         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2519         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
2520         int flush_reset = area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS;
2521         int flush_dmap = 0;
2522         int i;
2523
2524         remove_vm_area(area->addr);
2525
2526         /* If this is not VM_FLUSH_RESET_PERMS memory, no need for the below. */
2527         if (!flush_reset)
2528                 return;
2529
2530         /*
2531          * If not deallocating pages, just do the flush of the VM area and
2532          * return.
2533          */
2534         if (!deallocate_pages) {
2535                 vm_unmap_aliases();
2536                 return;
2537         }
2538
2539         /*
2540          * If execution gets here, flush the vm mapping and reset the direct
2541          * map. Find the start and end range of the direct mappings to make sure
2542          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
2543          */
2544         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
2545                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
2546                 if (addr) {
2547                         unsigned long page_size;
2548
2549                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
2550                         start = min(addr, start);
2551                         end = max(addr + page_size, end);
2552                         flush_dmap = 1;
2553                 }
2554         }
2555
2556         /*
2557          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
2558          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
2559          * reset the direct map permissions to the default.
2560          */
2561         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
2562         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
2563         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
2564 }
2565
2566 static void __vunmap(const void *addr, int deallocate_pages)
2567 {
2568         struct vm_struct *area;
2569
2570         if (!addr)
2571                 return;
2572
2573         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
2574                         addr))
2575                 return;
2576
2577         area = find_vm_area(addr);
2578         if (unlikely(!area)) {
2579                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
2580                                 addr);
2581                 return;
2582         }
2583
2584         debug_check_no_locks_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2585         debug_check_no_obj_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2586
2587         kasan_poison_vmalloc(area->addr, get_vm_area_size(area));
2588
2589         vm_remove_mappings(area, deallocate_pages);
2590
2591         if (deallocate_pages) {
2592                 unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
2593                 int i;
2594
2595                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
2596                         struct page *page = area->pages[i];
2597
2598                         BUG_ON(!page);
2599                         __free_pages(page, page_order);
2600                         cond_resched();
2601                 }
2602                 atomic_long_sub(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
2603
2604                 kvfree(area->pages);
2605         }
2606
2607         kfree(area);
2608 }
2609
2610 static inline void __vfree_deferred(const void *addr)
2611 {
2612         /*
2613          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
2614          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
2615          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
2616          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
2617          */
2618         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
2619
2620         if (llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
2621                 schedule_work(&p->wq);
2622 }
2623
2624 /**
2625  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
2626  * @addr:         memory base address
2627  *
2628  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
2629  * except NMIs.
2630  */
2631 void vfree_atomic(const void *addr)
2632 {
2633         BUG_ON(in_nmi());
2634
2635         kmemleak_free(addr);
2636
2637         if (!addr)
2638                 return;
2639         __vfree_deferred(addr);
2640 }
2641
2642 static void __vfree(const void *addr)
2643 {
2644         if (unlikely(in_interrupt()))
2645                 __vfree_deferred(addr);
2646         else
2647                 __vunmap(addr, 1);
2648 }
2649
2650 /**
2651  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
2652  * @addr:  Memory base address
2653  *
2654  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
2655  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
2656  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
2657  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
2658  *
2659  * If @addr is NULL, no operation is performed.
2660  *
2661  * Context:
2662  * May sleep if called *not* from interrupt context.
2663  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
2664  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
2665  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
2666  */
2667 void vfree(const void *addr)
2668 {
2669         BUG_ON(in_nmi());
2670
2671         kmemleak_free(addr);
2672
2673         might_sleep_if(!in_interrupt());
2674
2675         if (!addr)
2676                 return;
2677
2678         __vfree(addr);
2679 }
2680 EXPORT_SYMBOL(vfree);
2681
2682 /**
2683  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
2684  * @addr:   memory base address
2685  *
2686  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
2687  * which was created from the page array passed to vmap().
2688  *
2689  * Must not be called in interrupt context.
2690  */
2691 void vunmap(const void *addr)
2692 {
2693         BUG_ON(in_interrupt());
2694         might_sleep();
2695         if (addr)
2696                 __vunmap(addr, 0);
2697 }
2698 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
2699
2700 /**
2701  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
2702  * @pages: array of page pointers
2703  * @count: number of pages to map
2704  * @flags: vm_area->flags
2705  * @prot: page protection for the mapping
2706  *
2707  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
2708  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
2709  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
2710  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
2711  * vfree() is called on the return value.
2712  *
2713  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2714  */
2715 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
2716            unsigned long flags, pgprot_t prot)
2717 {
2718         struct vm_struct *area;
2719         unsigned long addr;
2720         unsigned long size;             /* In bytes */
2721
2722         might_sleep();
2723
2724         if (count > totalram_pages())
2725                 return NULL;
2726
2727         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2728         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
2729         if (!area)
2730                 return NULL;
2731
2732         addr = (unsigned long)area->addr;
2733         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
2734                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2735                 vunmap(area->addr);
2736                 return NULL;
2737         }
2738
2739         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
2740                 area->pages = pages;
2741                 area->nr_pages = count;
2742         }
2743         return area->addr;
2744 }
2745 EXPORT_SYMBOL(vmap);
2746
2747 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
2748 struct vmap_pfn_data {
2749         unsigned long   *pfns;
2750         pgprot_t        prot;
2751         unsigned int    idx;
2752 };
2753
2754 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
2755 {
2756         struct vmap_pfn_data *data = private;
2757
2758         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(data->pfns[data->idx])))
2759                 return -EINVAL;
2760         *pte = pte_mkspecial(pfn_pte(data->pfns[data->idx++], data->prot));
2761         return 0;
2762 }
2763
2764 /**
2765  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
2766  * @pfns: array of PFNs
2767  * @count: number of pages to map
2768  * @prot: page protection for the mapping
2769  *
2770  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
2771  * the start address of the mapping.
2772  */
2773 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
2774 {
2775         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
2776         struct vm_struct *area;
2777
2778         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
2779                         __builtin_return_address(0));
2780         if (!area)
2781                 return NULL;
2782         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
2783                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
2784                 free_vm_area(area);
2785                 return NULL;
2786         }
2787         return area->addr;
2788 }
2789 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
2790 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
2791
2792 static inline unsigned int
2793 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
2794                 unsigned int order, unsigned long nr_pages, struct page **pages)
2795 {
2796         unsigned int nr_allocated = 0;
2797
2798         /*
2799          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
2800          * the page array is partly or not at all populated due
2801          * to fails, fallback to a single page allocator that is
2802          * more permissive.
2803          */
2804         if (!order)
2805                 nr_allocated = alloc_pages_bulk_array_node(
2806                         gfp, nid, nr_pages, pages);
2807         else
2808                 /*
2809                  * Compound pages required for remap_vmalloc_page if
2810                  * high-order pages.
2811                  */
2812                 gfp |= __GFP_COMP;
2813
2814         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
2815         while (nr_allocated < nr_pages) {
2816                 struct page *page;
2817                 int i;
2818
2819                 page = alloc_pages_node(nid, gfp, order);
2820                 if (unlikely(!page))
2821                         break;
2822
2823                 /*
2824                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
2825                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
2826                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
2827                  */
2828                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
2829                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
2830
2831                 if (gfpflags_allow_blocking(gfp))
2832                         cond_resched();
2833
2834                 nr_allocated += 1U << order;
2835         }
2836
2837         return nr_allocated;
2838 }
2839
2840 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
2841                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
2842                                  int node)
2843 {
2844         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
2845         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
2846         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
2847         unsigned long array_size;
2848         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
2849         unsigned int page_order;
2850
2851         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
2852         gfp_mask |= __GFP_NOWARN;
2853         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
2854                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2855
2856         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
2857         if (array_size > PAGE_SIZE) {
2858                 area->pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp, node,
2859                                         area->caller);
2860         } else {
2861                 area->pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
2862         }
2863
2864         if (!area->pages) {
2865                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2866                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
2867                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
2868                 free_vm_area(area);
2869                 return NULL;
2870         }
2871
2872         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
2873         page_order = vm_area_page_order(area);
2874
2875         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask, node,
2876                 page_order, nr_small_pages, area->pages);
2877
2878         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
2879
2880         /*
2881          * If not enough pages were obtained to accomplish an
2882          * allocation request, free them via __vfree() if any.
2883          */
2884         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
2885                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2886                         "vmalloc error: size %lu, page order %u, failed to allocate pages",
2887                         area->nr_pages * PAGE_SIZE, page_order);
2888                 goto fail;
2889         }
2890
2891         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
2892                         page_shift) < 0) {
2893                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2894                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
2895                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
2896                 goto fail;
2897         }
2898
2899         return area->addr;
2900
2901 fail:
2902         __vfree(area->addr);
2903         return NULL;
2904 }
2905
2906 /**
2907  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
2908  * @size:                 allocation size
2909  * @align:                desired alignment
2910  * @start:                vm area range start
2911  * @end:                  vm area range end
2912  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
2913  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
2914  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
2915  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
2916  * @caller:               caller's return address
2917  *
2918  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2919  * allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
2920  * kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
2921  *
2922  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2923  */
2924 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
2925                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
2926                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
2927                         const void *caller)
2928 {
2929         struct vm_struct *area;
2930         void *addr;
2931         unsigned long real_size = size;
2932         unsigned long real_align = align;
2933         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
2934
2935         if (WARN_ON_ONCE(!size))
2936                 return NULL;
2937
2938         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
2939                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2940                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
2941                         real_size);
2942                 return NULL;
2943         }
2944
2945         if (vmap_allow_huge && !(vm_flags & VM_NO_HUGE_VMAP)) {
2946                 unsigned long size_per_node;
2947
2948                 /*
2949                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
2950                  * others like modules don't yet expect huge pages in
2951                  * their allocations due to apply_to_page_range not
2952                  * supporting them.
2953                  */
2954
2955                 size_per_node = size;
2956                 if (node == NUMA_NO_NODE)
2957                         size_per_node /= num_online_nodes();
2958                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
2959                         shift = PMD_SHIFT;
2960                 else
2961                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
2962
2963                 align = max(real_align, 1UL << shift);
2964                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
2965         }
2966
2967 again:
2968         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
2969                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
2970                                   gfp_mask, caller);
2971         if (!area) {
2972                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2973                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed",
2974                         real_size);
2975                 goto fail;
2976         }
2977
2978         addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
2979         if (!addr)
2980                 goto fail;
2981
2982         /*
2983          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
2984          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
2985          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
2986          */
2987         clear_vm_uninitialized_flag(area);
2988
2989         size = PAGE_ALIGN(size);
2990         kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
2991
2992         return addr;
2993
2994 fail:
2995         if (shift > PAGE_SHIFT) {
2996                 shift = PAGE_SHIFT;
2997                 align = real_align;
2998                 size = real_size;
2999                 goto again;
3000         }
3001
3002         return NULL;
3003 }
3004
3005 /**
3006  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3007  * @size:           allocation size
3008  * @align:          desired alignment
3009  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3010  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3011  * @caller:         caller's return address
3012  *
3013  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3014  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3015  *
3016  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3017  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3018  *
3019  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3020  * with mm people.
3021  *
3022  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3023  */
3024 void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
3025                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3026 {
3027         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3028                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3029 }
3030 /*
3031  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3032  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3033  * than that.
3034  */
3035 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3036 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node);
3037 #endif
3038
3039 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3040 {
3041         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3042                                 __builtin_return_address(0));
3043 }
3044 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
3045
3046 /**
3047  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3048  * @size:    allocation size
3049  *
3050  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3051  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3052  *
3053  * For tight control over page level allocator and protection flags
3054  * use __vmalloc() instead.
3055  *
3056  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3057  */
3058 void *vmalloc(unsigned long size)
3059 {
3060         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3061                                 __builtin_return_address(0));
3062 }
3063 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
3064
3065 /**
3066  * vmalloc_no_huge - allocate virtually contiguous memory using small pages
3067  * @size:    allocation size
3068  *
3069  * Allocate enough non-huge pages to cover @size from the page level
3070  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3071  *
3072  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3073  */
3074 void *vmalloc_no_huge(unsigned long size)
3075 {
3076         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3077                                     GFP_KERNEL, PAGE_KERNEL, VM_NO_HUGE_VMAP,
3078                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3079 }
3080 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_no_huge);
3081
3082 /**
3083  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3084  * @size:    allocation size
3085  *
3086  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3087  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3088  * The memory allocated is set to zero.
3089  *
3090  * For tight control over page level allocator and protection flags
3091  * use __vmalloc() instead.
3092  *
3093  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3094  */
3095 void *vzalloc(unsigned long size)
3096 {
3097         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3098                                 __builtin_return_address(0));
3099 }
3100 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
3101
3102 /**
3103  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3104  * @size: allocation size
3105  *
3106  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3107  * without leaking data.
3108  *
3109  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3110  */
3111 void *vmalloc_user(unsigned long size)
3112 {
3113         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3114                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3115                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3116                                     __builtin_return_address(0));
3117 }
3118 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
3119
3120 /**
3121  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3122  * @size:         allocation size
3123  * @node:         numa node
3124  *
3125  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3126  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3127  *
3128  * For tight control over page level allocator and protection flags
3129  * use __vmalloc() instead.
3130  *
3131  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3132  */
3133 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
3134 {
3135         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, node,
3136                         __builtin_return_address(0));
3137 }
3138 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
3139
3140 /**
3141  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
3142  * @size:       allocation size
3143  * @node:       numa node
3144  *
3145  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3146  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3147  * The memory allocated is set to zero.
3148  *
3149  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3150  */
3151 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
3152 {
3153         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
3154                                 __builtin_return_address(0));
3155 }
3156 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
3157
3158 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
3159 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3160 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
3161 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
3162 #else
3163 /*
3164  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
3165  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
3166  */
3167 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3168 #endif
3169
3170 /**
3171  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
3172  * @size:       allocation size
3173  *
3174  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
3175  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3176  *
3177  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3178  */
3179 void *vmalloc_32(unsigned long size)
3180 {
3181         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
3182                         __builtin_return_address(0));
3183 }
3184 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
3185
3186 /**
3187  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
3188  * @size:            allocation size
3189  *
3190  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
3191  * mapped to userspace without leaking data.
3192  *
3193  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3194  */
3195 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
3196 {
3197         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3198                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3199                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3200                                     __builtin_return_address(0));
3201 }
3202 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
3203
3204 /*
3205  * small helper routine , copy contents to buf from addr.
3206  * If the page is not present, fill zero.
3207  */
3208
3209 static int aligned_vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
3210 {
3211         struct page *p;
3212         int copied = 0;
3213
3214         while (count) {
3215                 unsigned long offset, length;
3216
3217                 offset = offset_in_page(addr);
3218                 length = PAGE_SIZE - offset;
3219                 if (length > count)
3220                         length = count;
3221                 p = vmalloc_to_page(addr);
3222                 /*
3223                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
3224                  * lock. But adding lock here means that we need to add
3225                  * overhead of vmalloc()/vfree() calls for this _debug_
3226                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
3227                  * kmap() and get small overhead in this access function.
3228                  */
3229                 if (p) {
3230                         /* We can expect USER0 is not used -- see vread() */
3231                         void *map = kmap_atomic(p);
3232                         memcpy(buf, map + offset, length);
3233                         kunmap_atomic(map);
3234                 } else
3235                         memset(buf, 0, length);
3236
3237                 addr += length;
3238                 buf += length;
3239                 copied += length;
3240                 count -= length;
3241         }
3242         return copied;
3243 }
3244
3245 /**
3246  * vread() - read vmalloc area in a safe way.
3247  * @buf:     buffer for reading data
3248  * @addr:    vm address.
3249  * @count:   number of bytes to be read.
3250  *
3251  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3252  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
3253  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
3254  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
3255  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
3256  *
3257  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
3258  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
3259  *
3260  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
3261  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
3262  * This is for routines which have to access vmalloc area without
3263  * any information, as /proc/kcore.
3264  *
3265  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
3266  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
3267  * include any intersection with valid vmalloc area
3268  */
3269 long vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
3270 {
3271         struct vmap_area *va;
3272         struct vm_struct *vm;
3273         char *vaddr, *buf_start = buf;
3274         unsigned long buflen = count;
3275         unsigned long n;
3276
3277         /* Don't allow overflow */
3278         if ((unsigned long) addr + count < count)
3279                 count = -(unsigned long) addr;
3280
3281         spin_lock(&vmap_area_lock);
3282         va = __find_vmap_area((unsigned long)addr);
3283         if (!va)
3284                 goto finished;
3285         list_for_each_entry_from(va, &vmap_area_list, list) {
3286                 if (!count)
3287                         break;
3288
3289                 if (!va->vm)
3290                         continue;
3291
3292                 vm = va->vm;
3293                 vaddr = (char *) vm->addr;
3294                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
3295                         continue;
3296                 while (addr < vaddr) {
3297                         if (count == 0)
3298                                 goto finished;
3299                         *buf = '\0';
3300                         buf++;
3301                         addr++;
3302                         count--;
3303                 }
3304                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
3305                 if (n > count)
3306                         n = count;
3307                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP))
3308                         aligned_vread(buf, addr, n);
3309                 else /* IOREMAP area is treated as memory hole */
3310                         memset(buf, 0, n);
3311                 buf += n;
3312                 addr += n;
3313                 count -= n;
3314         }
3315 finished:
3316         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3317
3318         if (buf == buf_start)
3319                 return 0;
3320         /* zero-fill memory holes */
3321         if (buf != buf_start + buflen)
3322                 memset(buf, 0, buflen - (buf - buf_start));
3323
3324         return buflen;
3325 }
3326
3327 /**
3328  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
3329  * @vma:                vma to cover
3330  * @uaddr:              target user address to start at
3331  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
3332  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
3333  * @size:               size of map area
3334  *
3335  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3336  *
3337  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
3338  * and that it is big enough to cover the range starting at
3339  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
3340  * met.
3341  *
3342  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3343  */
3344 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
3345                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
3346                                 unsigned long size)
3347 {
3348         struct vm_struct *area;
3349         unsigned long off;
3350         unsigned long end_index;
3351
3352         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
3353                 return -EINVAL;
3354
3355         size = PAGE_ALIGN(size);
3356
3357         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
3358                 return -EINVAL;
3359
3360         area = find_vm_area(kaddr);
3361         if (!area)
3362                 return -EINVAL;
3363
3364         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
3365                 return -EINVAL;
3366
3367         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
3368             end_index > get_vm_area_size(area))
3369                 return -EINVAL;
3370         kaddr += off;
3371
3372         do {
3373                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
3374                 int ret;
3375
3376                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
3377                 if (ret)
3378                         return ret;
3379
3380                 uaddr += PAGE_SIZE;
3381                 kaddr += PAGE_SIZE;
3382                 size -= PAGE_SIZE;
3383         } while (size > 0);
3384
3385         vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
3386
3387         return 0;
3388 }
3389
3390 /**
3391  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
3392  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
3393  * @addr:               vmalloc memory
3394  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
3395  *
3396  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3397  *
3398  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3399  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
3400  * that criteria isn't met.
3401  *
3402  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3403  */
3404 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
3405                                                 unsigned long pgoff)
3406 {
3407         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
3408                                            addr, pgoff,
3409                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
3410 }
3411 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
3412
3413 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
3414 {
3415         struct vm_struct *ret;
3416         ret = remove_vm_area(area->addr);
3417         BUG_ON(ret != area);
3418         kfree(area);
3419 }
3420 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
3421
3422 #ifdef CONFIG_SMP
3423 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
3424 {
3425         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
3426 }
3427
3428 /**
3429  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
3430  * @addr: target address
3431  *
3432  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
3433  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
3434  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
3435  *   if there are no any areas before @addr.
3436  */
3437 static struct vmap_area *
3438 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
3439 {
3440         struct vmap_area *va, *tmp;
3441         struct rb_node *n;
3442
3443         n = free_vmap_area_root.rb_node;
3444         va = NULL;
3445
3446         while (n) {
3447                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
3448                 if (tmp->va_start <= addr) {
3449                         va = tmp;
3450                         if (tmp->va_end >= addr)
3451                                 break;
3452
3453                         n = n->rb_right;
3454                 } else {
3455                         n = n->rb_left;
3456                 }
3457         }
3458
3459         return va;
3460 }
3461
3462 /**
3463  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
3464  * of free block below VMALLOC_END
3465  * @va:
3466  *   in - the VA we start the search(reverse order);
3467  *   out - the VA with the highest aligned end address.
3468  * @align: alignment for required highest address
3469  *
3470  * Returns: determined end address within vmap_area
3471  */
3472 static unsigned long
3473 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
3474 {
3475         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3476         unsigned long addr;
3477
3478         if (likely(*va)) {
3479                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
3480                                 &free_vmap_area_list, list) {
3481                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
3482                         if ((*va)->va_start < addr)
3483                                 return addr;
3484                 }
3485         }
3486
3487         return 0;
3488 }
3489
3490 /**
3491  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
3492  * @offsets: array containing offset of each area
3493  * @sizes: array containing size of each area
3494  * @nr_vms: the number of areas to allocate
3495  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
3496  *
3497  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
3498  *          vm_structs on success, %NULL on failure
3499  *
3500  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
3501  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
3502  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
3503  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
3504  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
3505  * areas are allocated from top.
3506  *
3507  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
3508  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
3509  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
3510  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
3511  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
3512  * and the result is returned.
3513  */
3514 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
3515                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
3516                                      size_t align)
3517 {
3518         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3519         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3520         struct vmap_area **vas, *va;
3521         struct vm_struct **vms;
3522         int area, area2, last_area, term_area;
3523         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
3524         bool purged = false;
3525         enum fit_type type;
3526
3527         /* verify parameters and allocate data structures */
3528         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
3529         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
3530                 start = offsets[area];
3531                 end = start + sizes[area];
3532
3533                 /* is everything aligned properly? */
3534                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
3535                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
3536
3537                 /* detect the area with the highest address */
3538                 if (start > offsets[last_area])
3539                         last_area = area;
3540
3541                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
3542                         unsigned long start2 = offsets[area2];
3543                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
3544
3545                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
3546                 }
3547         }
3548         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
3549
3550         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
3551                 WARN_ON(true);
3552                 return NULL;
3553         }
3554
3555         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
3556         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
3557         if (!vas || !vms)
3558                 goto err_free2;
3559
3560         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3561                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3562                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
3563                 if (!vas[area] || !vms[area])
3564                         goto err_free;
3565         }
3566 retry:
3567         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
3568
3569         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
3570         area = term_area = last_area;
3571         start = offsets[area];
3572         end = start + sizes[area];
3573
3574         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
3575         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3576
3577         while (true) {
3578                 /*
3579                  * base might have underflowed, add last_end before
3580                  * comparing.
3581                  */
3582                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
3583                         goto overflow;
3584
3585                 /*
3586                  * Fitting base has not been found.
3587                  */
3588                 if (va == NULL)
3589                         goto overflow;
3590
3591                 /*
3592                  * If required width exceeds current VA block, move
3593                  * base downwards and then recheck.
3594                  */
3595                 if (base + end > va->va_end) {
3596                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3597                         term_area = area;
3598                         continue;
3599                 }
3600
3601                 /*
3602                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
3603                  */
3604                 if (base + start < va->va_start) {
3605                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
3606                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3607                         term_area = area;
3608                         continue;
3609                 }
3610
3611                 /*
3612                  * This area fits, move on to the previous one.  If
3613                  * the previous one is the terminal one, we're done.
3614                  */
3615                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
3616                 if (area == term_area)
3617                         break;
3618
3619                 start = offsets[area];
3620                 end = start + sizes[area];
3621                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
3622         }
3623
3624         /* we've found a fitting base, insert all va's */
3625         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3626                 int ret;
3627
3628                 start = base + offsets[area];
3629                 size = sizes[area];
3630
3631                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
3632                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
3633                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3634                         goto recovery;
3635
3636                 type = classify_va_fit_type(va, start, size);
3637                 if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
3638                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3639                         goto recovery;
3640
3641                 ret = adjust_va_to_fit_type(va, start, size, type);
3642                 if (unlikely(ret))
3643                         goto recovery;
3644
3645                 /* Allocated area. */
3646                 va = vas[area];
3647                 va->va_start = start;
3648                 va->va_end = start + size;
3649         }
3650
3651         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3652
3653         /* populate the kasan shadow space */
3654         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3655                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
3656                         goto err_free_shadow;
3657
3658                 kasan_unpoison_vmalloc((void *)vas[area]->va_start,
3659                                        sizes[area]);
3660         }
3661
3662         /* insert all vm's */
3663         spin_lock(&vmap_area_lock);
3664         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3665                 insert_vmap_area(vas[area], &vmap_area_root, &vmap_area_list);
3666
3667                 setup_vmalloc_vm_locked(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
3668                                  pcpu_get_vm_areas);
3669         }
3670         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3671
3672         kfree(vas);
3673         return vms;
3674
3675 recovery:
3676         /*
3677          * Remove previously allocated areas. There is no
3678          * need in removing these areas from the busy tree,
3679          * because they are inserted only on the final step
3680          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
3681          */
3682         while (area--) {
3683                 orig_start = vas[area]->va_start;
3684                 orig_end = vas[area]->va_end;
3685                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
3686                                 &free_vmap_area_list);
3687                 if (va)
3688                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
3689                                 va->va_start, va->va_end);
3690                 vas[area] = NULL;
3691         }
3692
3693 overflow:
3694         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3695         if (!purged) {
3696                 purge_vmap_area_lazy();
3697                 purged = true;
3698
3699                 /* Before "retry", check if we recover. */
3700                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3701                         if (vas[area])
3702                                 continue;
3703
3704                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
3705                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3706                         if (!vas[area])
3707                                 goto err_free;
3708                 }
3709
3710                 goto retry;
3711         }
3712
3713 err_free:
3714         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3715                 if (vas[area])
3716                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
3717
3718                 kfree(vms[area]);
3719         }
3720 err_free2:
3721         kfree(vas);
3722         kfree(vms);
3723         return NULL;
3724
3725 err_free_shadow:
3726         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
3727         /*
3728          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
3729          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
3730          * being able to tolerate this case.
3731          */
3732         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3733                 orig_start = vas[area]->va_start;
3734                 orig_end = vas[area]->va_end;
3735                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
3736                                 &free_vmap_area_list);
3737                 if (va)
3738                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
3739                                 va->va_start, va->va_end);
3740                 vas[area] = NULL;
3741                 kfree(vms[area]);
3742         }
3743         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3744         kfree(vas);
3745         kfree(vms);
3746         return NULL;
3747 }
3748
3749 /**
3750  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
3751  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
3752  * @nr_vms: the number of allocated areas
3753  *
3754  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
3755  */
3756 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
3757 {
3758         int i;
3759
3760         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
3761                 free_vm_area(vms[i]);
3762         kfree(vms);
3763 }
3764 #endif  /* CONFIG_SMP */
3765
3766 #ifdef CONFIG_PRINTK
3767 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
3768 {
3769         struct vm_struct *vm;
3770         void *objp = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)object);
3771
3772         vm = find_vm_area(objp);
3773         if (!vm)
3774                 return false;
3775         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
3776                 vm->nr_pages, (unsigned long)vm->addr, vm->caller);
3777         return true;
3778 }
3779 #endif
3780
3781 #ifdef CONFIG_PROC_FS
3782 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
3783         __acquires(&vmap_purge_lock)
3784         __acquires(&vmap_area_lock)
3785 {
3786         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
3787         spin_lock(&vmap_area_lock);
3788
3789         return seq_list_start(&vmap_area_list, *pos);
3790 }
3791
3792 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
3793 {
3794         return seq_list_next(p, &vmap_area_list, pos);
3795 }
3796
3797 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
3798         __releases(&vmap_area_lock)
3799         __releases(&vmap_purge_lock)
3800 {
3801         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3802         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
3803 }
3804
3805 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
3806 {
3807         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
3808                 unsigned int nr, *counters = m->private;
3809
3810                 if (!counters)
3811                         return;
3812
3813                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
3814                         return;
3815                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
3816                 smp_rmb();
3817
3818                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
3819
3820                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr++)
3821                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])]++;
3822
3823                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
3824                         if (counters[nr])
3825                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
3826         }
3827 }
3828
3829 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
3830 {
3831         struct vmap_area *va;
3832
3833         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
3834         list_for_each_entry(va, &purge_vmap_area_list, list) {
3835                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
3836                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
3837                         va->va_end - va->va_start);
3838         }
3839         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
3840 }
3841
3842 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
3843 {
3844         struct vmap_area *va;
3845         struct vm_struct *v;
3846
3847         va = list_entry(p, struct vmap_area, list);
3848
3849         /*
3850          * s_show can encounter race with remove_vm_area, !vm on behalf
3851          * of vmap area is being tear down or vm_map_ram allocation.
3852          */
3853         if (!va->vm) {
3854                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
3855                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
3856                         va->va_end - va->va_start);
3857
3858                 return 0;
3859         }
3860
3861         v = va->vm;
3862
3863         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
3864                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
3865
3866         if (v->caller)
3867                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
3868
3869         if (v->nr_pages)
3870                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
3871
3872         if (v->phys_addr)
3873                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
3874
3875         if (v->flags & VM_IOREMAP)
3876                 seq_puts(m, " ioremap");
3877
3878         if (v->flags & VM_ALLOC)
3879                 seq_puts(m, " vmalloc");
3880
3881         if (v->flags & VM_MAP)
3882                 seq_puts(m, " vmap");
3883
3884         if (v->flags & VM_USERMAP)
3885                 seq_puts(m, " user");
3886
3887         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
3888                 seq_puts(m, " dma-coherent");
3889
3890         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
3891                 seq_puts(m, " vpages");
3892
3893         show_numa_info(m, v);
3894         seq_putc(m, '\n');
3895
3896         /*
3897          * As a final step, dump "unpurged" areas.
3898          */
3899         if (list_is_last(&va->list, &vmap_area_list))
3900                 show_purge_info(m);
3901
3902         return 0;
3903 }
3904
3905 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
3906         .start = s_start,
3907         .next = s_next,
3908         .stop = s_stop,
3909         .show = s_show,
3910 };
3911
3912 static int __init proc_vmalloc_init(void)
3913 {
3914         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3915                 proc_create_seq_private("vmallocinfo", 0400, NULL,
3916                                 &vmalloc_op,
3917                                 nr_node_ids * sizeof(unsigned int), NULL);
3918         else
3919                 proc_create_seq("vmallocinfo", 0400, NULL, &vmalloc_op);
3920         return 0;
3921 }
3922 module_init(proc_vmalloc_init);
3923
3924 #endif