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