Merge tag 'dmaengine-6.9-rc1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/vkoul...
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / vmalloc.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
4  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
5  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
6  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
7  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
8  *  Improving global KVA allocator, Uladzislau Rezki, Sony, May 2019
9  */
10
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <linux/sched/signal.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/spinlock.h>
18 #include <linux/interrupt.h>
19 #include <linux/proc_fs.h>
20 #include <linux/seq_file.h>
21 #include <linux/set_memory.h>
22 #include <linux/debugobjects.h>
23 #include <linux/kallsyms.h>
24 #include <linux/list.h>
25 #include <linux/notifier.h>
26 #include <linux/rbtree.h>
27 #include <linux/xarray.h>
28 #include <linux/io.h>
29 #include <linux/rcupdate.h>
30 #include <linux/pfn.h>
31 #include <linux/kmemleak.h>
32 #include <linux/atomic.h>
33 #include <linux/compiler.h>
34 #include <linux/memcontrol.h>
35 #include <linux/llist.h>
36 #include <linux/uio.h>
37 #include <linux/bitops.h>
38 #include <linux/rbtree_augmented.h>
39 #include <linux/overflow.h>
40 #include <linux/pgtable.h>
41 #include <linux/hugetlb.h>
42 #include <linux/sched/mm.h>
43 #include <asm/tlbflush.h>
44 #include <asm/shmparam.h>
45
46 #define CREATE_TRACE_POINTS
47 #include <trace/events/vmalloc.h>
48
49 #include "internal.h"
50 #include "pgalloc-track.h"
51
52 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
53 static unsigned int __ro_after_init ioremap_max_page_shift = BITS_PER_LONG - 1;
54
55 static int __init set_nohugeiomap(char *str)
56 {
57         ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
58         return 0;
59 }
60 early_param("nohugeiomap", set_nohugeiomap);
61 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
62 static const unsigned int ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
63 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
64
65 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
66 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
67
68 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
69 {
70         vmap_allow_huge = false;
71         return 0;
72 }
73 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
74 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
75 static const bool vmap_allow_huge = false;
76 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
77
78 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
79 {
80         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
81
82         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
83 }
84 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
85
86 struct vfree_deferred {
87         struct llist_head list;
88         struct work_struct wq;
89 };
90 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
91
92 /*** Page table manipulation functions ***/
93 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
94                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
95                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
96 {
97         pte_t *pte;
98         u64 pfn;
99         unsigned long size = PAGE_SIZE;
100
101         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
102         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
103         if (!pte)
104                 return -ENOMEM;
105         do {
106                 BUG_ON(!pte_none(ptep_get(pte)));
107
108 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
109                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
110                 if (size != PAGE_SIZE) {
111                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
112
113                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
114                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry, size);
115                         pfn += PFN_DOWN(size);
116                         continue;
117                 }
118 #endif
119                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
120                 pfn++;
121         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
122         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
123         return 0;
124 }
125
126 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
127                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
128                         unsigned int max_page_shift)
129 {
130         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
131                 return 0;
132
133         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
134                 return 0;
135
136         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
137                 return 0;
138
139         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
140                 return 0;
141
142         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
143                 return 0;
144
145         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
146                 return 0;
147
148         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
149 }
150
151 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
152                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
153                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
154 {
155         pmd_t *pmd;
156         unsigned long next;
157
158         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
159         if (!pmd)
160                 return -ENOMEM;
161         do {
162                 next = pmd_addr_end(addr, end);
163
164                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
165                                         max_page_shift)) {
166                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
167                         continue;
168                 }
169
170                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
171                         return -ENOMEM;
172         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
173         return 0;
174 }
175
176 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
177                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
178                         unsigned int max_page_shift)
179 {
180         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
181                 return 0;
182
183         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
184                 return 0;
185
186         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
187                 return 0;
188
189         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
190                 return 0;
191
192         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
193                 return 0;
194
195         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
196                 return 0;
197
198         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
199 }
200
201 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
202                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
203                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
204 {
205         pud_t *pud;
206         unsigned long next;
207
208         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
209         if (!pud)
210                 return -ENOMEM;
211         do {
212                 next = pud_addr_end(addr, end);
213
214                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
215                                         max_page_shift)) {
216                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
217                         continue;
218                 }
219
220                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
221                                         max_page_shift, mask))
222                         return -ENOMEM;
223         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
224         return 0;
225 }
226
227 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
228                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
229                         unsigned int max_page_shift)
230 {
231         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
232                 return 0;
233
234         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
235                 return 0;
236
237         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
238                 return 0;
239
240         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
241                 return 0;
242
243         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
244                 return 0;
245
246         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
247                 return 0;
248
249         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
250 }
251
252 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
253                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
254                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
255 {
256         p4d_t *p4d;
257         unsigned long next;
258
259         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
260         if (!p4d)
261                 return -ENOMEM;
262         do {
263                 next = p4d_addr_end(addr, end);
264
265                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
266                                         max_page_shift)) {
267                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
268                         continue;
269                 }
270
271                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
272                                         max_page_shift, mask))
273                         return -ENOMEM;
274         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
275         return 0;
276 }
277
278 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
279                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
280                         unsigned int max_page_shift)
281 {
282         pgd_t *pgd;
283         unsigned long start;
284         unsigned long next;
285         int err;
286         pgtbl_mod_mask mask = 0;
287
288         might_sleep();
289         BUG_ON(addr >= end);
290
291         start = addr;
292         pgd = pgd_offset_k(addr);
293         do {
294                 next = pgd_addr_end(addr, end);
295                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
296                                         max_page_shift, &mask);
297                 if (err)
298                         break;
299         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
300
301         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
302                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
303
304         return err;
305 }
306
307 int vmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
308                     phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
309 {
310         int err;
311
312         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, pgprot_nx(prot),
313                                  ioremap_max_page_shift);
314         flush_cache_vmap(addr, end);
315         if (!err)
316                 err = kmsan_ioremap_page_range(addr, end, phys_addr, prot,
317                                                ioremap_max_page_shift);
318         return err;
319 }
320
321 int ioremap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
322                 phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
323 {
324         struct vm_struct *area;
325
326         area = find_vm_area((void *)addr);
327         if (!area || !(area->flags & VM_IOREMAP)) {
328                 WARN_ONCE(1, "vm_area at addr %lx is not marked as VM_IOREMAP\n", addr);
329                 return -EINVAL;
330         }
331         if (addr != (unsigned long)area->addr ||
332             (void *)end != area->addr + get_vm_area_size(area)) {
333                 WARN_ONCE(1, "ioremap request [%lx,%lx) doesn't match vm_area [%lx, %lx)\n",
334                           addr, end, (long)area->addr,
335                           (long)area->addr + get_vm_area_size(area));
336                 return -ERANGE;
337         }
338         return vmap_page_range(addr, end, phys_addr, prot);
339 }
340
341 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
342                              pgtbl_mod_mask *mask)
343 {
344         pte_t *pte;
345
346         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
347         do {
348                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
349                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
350         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
351         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
352 }
353
354 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
355                              pgtbl_mod_mask *mask)
356 {
357         pmd_t *pmd;
358         unsigned long next;
359         int cleared;
360
361         pmd = pmd_offset(pud, addr);
362         do {
363                 next = pmd_addr_end(addr, end);
364
365                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
366                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
367                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
368
369                 if (cleared)
370                         continue;
371                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
372                         continue;
373                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
374
375                 cond_resched();
376         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
377 }
378
379 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
380                              pgtbl_mod_mask *mask)
381 {
382         pud_t *pud;
383         unsigned long next;
384         int cleared;
385
386         pud = pud_offset(p4d, addr);
387         do {
388                 next = pud_addr_end(addr, end);
389
390                 cleared = pud_clear_huge(pud);
391                 if (cleared || pud_bad(*pud))
392                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
393
394                 if (cleared)
395                         continue;
396                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
397                         continue;
398                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
399         } while (pud++, addr = next, addr != end);
400 }
401
402 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
403                              pgtbl_mod_mask *mask)
404 {
405         p4d_t *p4d;
406         unsigned long next;
407
408         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
409         do {
410                 next = p4d_addr_end(addr, end);
411
412                 p4d_clear_huge(p4d);
413                 if (p4d_bad(*p4d))
414                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
415
416                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
417                         continue;
418                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
419         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
420 }
421
422 /*
423  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
424  * flush caches or TLBs.
425  *
426  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
427  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
428  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
429  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
430  * coalesced).
431  *
432  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
433  */
434 void __vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
435 {
436         unsigned long next;
437         pgd_t *pgd;
438         unsigned long addr = start;
439         pgtbl_mod_mask mask = 0;
440
441         BUG_ON(addr >= end);
442         pgd = pgd_offset_k(addr);
443         do {
444                 next = pgd_addr_end(addr, end);
445                 if (pgd_bad(*pgd))
446                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
447                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
448                         continue;
449                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
450         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
451
452         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
453                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
454 }
455
456 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
457 {
458         kmsan_vunmap_range_noflush(start, end);
459         __vunmap_range_noflush(start, end);
460 }
461
462 /**
463  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
464  * @addr: start of the VM area to unmap
465  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
466  *
467  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
468  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
469  * is a kernel bug.
470  */
471 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
472 {
473         flush_cache_vunmap(addr, end);
474         vunmap_range_noflush(addr, end);
475         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
476 }
477
478 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
479                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
480                 pgtbl_mod_mask *mask)
481 {
482         pte_t *pte;
483
484         /*
485          * nr is a running index into the array which helps higher level
486          * callers keep track of where we're up to.
487          */
488
489         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
490         if (!pte)
491                 return -ENOMEM;
492         do {
493                 struct page *page = pages[*nr];
494
495                 if (WARN_ON(!pte_none(ptep_get(pte))))
496                         return -EBUSY;
497                 if (WARN_ON(!page))
498                         return -ENOMEM;
499                 if (WARN_ON(!pfn_valid(page_to_pfn(page))))
500                         return -EINVAL;
501
502                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
503                 (*nr)++;
504         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
505         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
506         return 0;
507 }
508
509 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
510                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
511                 pgtbl_mod_mask *mask)
512 {
513         pmd_t *pmd;
514         unsigned long next;
515
516         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
517         if (!pmd)
518                 return -ENOMEM;
519         do {
520                 next = pmd_addr_end(addr, end);
521                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
522                         return -ENOMEM;
523         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
524         return 0;
525 }
526
527 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
528                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
529                 pgtbl_mod_mask *mask)
530 {
531         pud_t *pud;
532         unsigned long next;
533
534         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
535         if (!pud)
536                 return -ENOMEM;
537         do {
538                 next = pud_addr_end(addr, end);
539                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
540                         return -ENOMEM;
541         } while (pud++, addr = next, addr != end);
542         return 0;
543 }
544
545 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
546                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
547                 pgtbl_mod_mask *mask)
548 {
549         p4d_t *p4d;
550         unsigned long next;
551
552         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
553         if (!p4d)
554                 return -ENOMEM;
555         do {
556                 next = p4d_addr_end(addr, end);
557                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
558                         return -ENOMEM;
559         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
560         return 0;
561 }
562
563 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
564                 pgprot_t prot, struct page **pages)
565 {
566         unsigned long start = addr;
567         pgd_t *pgd;
568         unsigned long next;
569         int err = 0;
570         int nr = 0;
571         pgtbl_mod_mask mask = 0;
572
573         BUG_ON(addr >= end);
574         pgd = pgd_offset_k(addr);
575         do {
576                 next = pgd_addr_end(addr, end);
577                 if (pgd_bad(*pgd))
578                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
579                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
580                 if (err)
581                         return err;
582         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
583
584         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
585                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
586
587         return 0;
588 }
589
590 /*
591  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
592  * flush caches.
593  *
594  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
595  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
596  *
597  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
598  */
599 int __vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
600                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
601 {
602         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
603
604         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
605
606         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
607                         page_shift == PAGE_SHIFT)
608                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
609
610         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
611                 int err;
612
613                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
614                                         page_to_phys(pages[i]), prot,
615                                         page_shift);
616                 if (err)
617                         return err;
618
619                 addr += 1UL << page_shift;
620         }
621
622         return 0;
623 }
624
625 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
626                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
627 {
628         int ret = kmsan_vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages,
629                                                  page_shift);
630
631         if (ret)
632                 return ret;
633         return __vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
634 }
635
636 /**
637  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
638  * @addr: start of the VM area to map
639  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
640  * @prot: page protection flags to use
641  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
642  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
643  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
644  *
645  * RETURNS:
646  * 0 on success, -errno on failure.
647  */
648 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
649                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
650 {
651         int err;
652
653         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
654         flush_cache_vmap(addr, end);
655         return err;
656 }
657
658 static int check_sparse_vm_area(struct vm_struct *area, unsigned long start,
659                                 unsigned long end)
660 {
661         might_sleep();
662         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
663                 return -EINVAL;
664         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_NO_GUARD))
665                 return -EINVAL;
666         if (WARN_ON_ONCE(!(area->flags & VM_SPARSE)))
667                 return -EINVAL;
668         if ((end - start) >> PAGE_SHIFT > totalram_pages())
669                 return -E2BIG;
670         if (start < (unsigned long)area->addr ||
671             (void *)end > area->addr + get_vm_area_size(area))
672                 return -ERANGE;
673         return 0;
674 }
675
676 /**
677  * vm_area_map_pages - map pages inside given sparse vm_area
678  * @area: vm_area
679  * @start: start address inside vm_area
680  * @end: end address inside vm_area
681  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
682  */
683 int vm_area_map_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
684                       unsigned long end, struct page **pages)
685 {
686         int err;
687
688         err = check_sparse_vm_area(area, start, end);
689         if (err)
690                 return err;
691
692         return vmap_pages_range(start, end, PAGE_KERNEL, pages, PAGE_SHIFT);
693 }
694
695 /**
696  * vm_area_unmap_pages - unmap pages inside given sparse vm_area
697  * @area: vm_area
698  * @start: start address inside vm_area
699  * @end: end address inside vm_area
700  */
701 void vm_area_unmap_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
702                          unsigned long end)
703 {
704         if (check_sparse_vm_area(area, start, end))
705                 return;
706
707         vunmap_range(start, end);
708 }
709
710 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
711 {
712         /*
713          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
714          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
715          * just put it in the vmalloc space.
716          */
717 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
718         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
719         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
720                 return 1;
721 #endif
722         return is_vmalloc_addr(x);
723 }
724 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_vmalloc_or_module_addr);
725
726 /*
727  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
728  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
729  * matches small vmap mappings.
730  */
731 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
732 {
733         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
734         struct page *page = NULL;
735         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
736         p4d_t *p4d;
737         pud_t *pud;
738         pmd_t *pmd;
739         pte_t *ptep, pte;
740
741         /*
742          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
743          * architectures that do not vmalloc module space
744          */
745         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
746
747         if (pgd_none(*pgd))
748                 return NULL;
749         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
750                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
751         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
752                 return NULL;
753
754         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
755         if (p4d_none(*p4d))
756                 return NULL;
757         if (p4d_leaf(*p4d))
758                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
759         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
760                 return NULL;
761
762         pud = pud_offset(p4d, addr);
763         if (pud_none(*pud))
764                 return NULL;
765         if (pud_leaf(*pud))
766                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
767         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
768                 return NULL;
769
770         pmd = pmd_offset(pud, addr);
771         if (pmd_none(*pmd))
772                 return NULL;
773         if (pmd_leaf(*pmd))
774                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
775         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
776                 return NULL;
777
778         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
779         pte = ptep_get(ptep);
780         if (pte_present(pte))
781                 page = pte_page(pte);
782
783         return page;
784 }
785 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
786
787 /*
788  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
789  */
790 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
791 {
792         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
793 }
794 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
795
796
797 /*** Global kva allocator ***/
798
799 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
800 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
801
802
803 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
804 static bool vmap_initialized __read_mostly;
805
806 /*
807  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
808  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
809  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
810  * free block.
811  */
812 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
813
814 /*
815  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
816  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
817  */
818 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
819
820 /*
821  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
822  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
823  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
824  * object is released.
825  *
826  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
827  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
828  * find a lowest match of free area.
829  */
830 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
831
832 /*
833  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
834  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
835  * to use more permissive allocation masks.
836  */
837 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
838
839 /*
840  * This structure defines a single, solid model where a list and
841  * rb-tree are part of one entity protected by the lock. Nodes are
842  * sorted in ascending order, thus for O(1) access to left/right
843  * neighbors a list is used as well as for sequential traversal.
844  */
845 struct rb_list {
846         struct rb_root root;
847         struct list_head head;
848         spinlock_t lock;
849 };
850
851 /*
852  * A fast size storage contains VAs up to 1M size. A pool consists
853  * of linked between each other ready to go VAs of certain sizes.
854  * An index in the pool-array corresponds to number of pages + 1.
855  */
856 #define MAX_VA_SIZE_PAGES 256
857
858 struct vmap_pool {
859         struct list_head head;
860         unsigned long len;
861 };
862
863 /*
864  * An effective vmap-node logic. Users make use of nodes instead
865  * of a global heap. It allows to balance an access and mitigate
866  * contention.
867  */
868 static struct vmap_node {
869         /* Simple size segregated storage. */
870         struct vmap_pool pool[MAX_VA_SIZE_PAGES];
871         spinlock_t pool_lock;
872         bool skip_populate;
873
874         /* Bookkeeping data of this node. */
875         struct rb_list busy;
876         struct rb_list lazy;
877
878         /*
879          * Ready-to-free areas.
880          */
881         struct list_head purge_list;
882         struct work_struct purge_work;
883         unsigned long nr_purged;
884 } single;
885
886 /*
887  * Initial setup consists of one single node, i.e. a balancing
888  * is fully disabled. Later on, after vmap is initialized these
889  * parameters are updated based on a system capacity.
890  */
891 static struct vmap_node *vmap_nodes = &single;
892 static __read_mostly unsigned int nr_vmap_nodes = 1;
893 static __read_mostly unsigned int vmap_zone_size = 1;
894
895 static inline unsigned int
896 addr_to_node_id(unsigned long addr)
897 {
898         return (addr / vmap_zone_size) % nr_vmap_nodes;
899 }
900
901 static inline struct vmap_node *
902 addr_to_node(unsigned long addr)
903 {
904         return &vmap_nodes[addr_to_node_id(addr)];
905 }
906
907 static inline struct vmap_node *
908 id_to_node(unsigned int id)
909 {
910         return &vmap_nodes[id % nr_vmap_nodes];
911 }
912
913 /*
914  * We use the value 0 to represent "no node", that is why
915  * an encoded value will be the node-id incremented by 1.
916  * It is always greater then 0. A valid node_id which can
917  * be encoded is [0:nr_vmap_nodes - 1]. If a passed node_id
918  * is not valid 0 is returned.
919  */
920 static unsigned int
921 encode_vn_id(unsigned int node_id)
922 {
923         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
924         if (node_id < nr_vmap_nodes)
925                 return (node_id + 1) << BITS_PER_BYTE;
926
927         /* Warn and no node encoded. */
928         WARN_ONCE(1, "Encode wrong node id (%u)\n", node_id);
929         return 0;
930 }
931
932 /*
933  * Returns an encoded node-id, the valid range is within
934  * [0:nr_vmap_nodes-1] values. Otherwise nr_vmap_nodes is
935  * returned if extracted data is wrong.
936  */
937 static unsigned int
938 decode_vn_id(unsigned int val)
939 {
940         unsigned int node_id = (val >> BITS_PER_BYTE) - 1;
941
942         /* Can store U8_MAX [0:254] nodes. */
943         if (node_id < nr_vmap_nodes)
944                 return node_id;
945
946         /* If it was _not_ zero, warn. */
947         WARN_ONCE(node_id != UINT_MAX,
948                 "Decode wrong node id (%d)\n", node_id);
949
950         return nr_vmap_nodes;
951 }
952
953 static bool
954 is_vn_id_valid(unsigned int node_id)
955 {
956         if (node_id < nr_vmap_nodes)
957                 return true;
958
959         return false;
960 }
961
962 static __always_inline unsigned long
963 va_size(struct vmap_area *va)
964 {
965         return (va->va_end - va->va_start);
966 }
967
968 static __always_inline unsigned long
969 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
970 {
971         struct vmap_area *va;
972
973         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
974         return va ? va->subtree_max_size : 0;
975 }
976
977 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
978         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
979
980 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void);
981 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
982 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work);
983 static DECLARE_WORK(drain_vmap_work, drain_vmap_area_work);
984
985 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
986
987 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
988 {
989         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
990 }
991
992 /* Look up the first VA which satisfies addr < va_end, NULL if none. */
993 static struct vmap_area *
994 __find_vmap_area_exceed_addr(unsigned long addr, struct rb_root *root)
995 {
996         struct vmap_area *va = NULL;
997         struct rb_node *n = root->rb_node;
998
999         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
1000
1001         while (n) {
1002                 struct vmap_area *tmp;
1003
1004                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1005                 if (tmp->va_end > addr) {
1006                         va = tmp;
1007                         if (tmp->va_start <= addr)
1008                                 break;
1009
1010                         n = n->rb_left;
1011                 } else
1012                         n = n->rb_right;
1013         }
1014
1015         return va;
1016 }
1017
1018 /*
1019  * Returns a node where a first VA, that satisfies addr < va_end, resides.
1020  * If success, a node is locked. A user is responsible to unlock it when a
1021  * VA is no longer needed to be accessed.
1022  *
1023  * Returns NULL if nothing found.
1024  */
1025 static struct vmap_node *
1026 find_vmap_area_exceed_addr_lock(unsigned long addr, struct vmap_area **va)
1027 {
1028         struct vmap_node *vn, *va_node = NULL;
1029         struct vmap_area *va_lowest;
1030         int i;
1031
1032         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
1033                 vn = &vmap_nodes[i];
1034
1035                 spin_lock(&vn->busy.lock);
1036                 va_lowest = __find_vmap_area_exceed_addr(addr, &vn->busy.root);
1037                 if (va_lowest) {
1038                         if (!va_node || va_lowest->va_start < (*va)->va_start) {
1039                                 if (va_node)
1040                                         spin_unlock(&va_node->busy.lock);
1041
1042                                 *va = va_lowest;
1043                                 va_node = vn;
1044                                 continue;
1045                         }
1046                 }
1047                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
1048         }
1049
1050         return va_node;
1051 }
1052
1053 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr, struct rb_root *root)
1054 {
1055         struct rb_node *n = root->rb_node;
1056
1057         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
1058
1059         while (n) {
1060                 struct vmap_area *va;
1061
1062                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
1063                 if (addr < va->va_start)
1064                         n = n->rb_left;
1065                 else if (addr >= va->va_end)
1066                         n = n->rb_right;
1067                 else
1068                         return va;
1069         }
1070
1071         return NULL;
1072 }
1073
1074 /*
1075  * This function returns back addresses of parent node
1076  * and its left or right link for further processing.
1077  *
1078  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
1079  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
1080  * have to be declined and actually considered as a bug.
1081  */
1082 static __always_inline struct rb_node **
1083 find_va_links(struct vmap_area *va,
1084         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
1085         struct rb_node **parent)
1086 {
1087         struct vmap_area *tmp_va;
1088         struct rb_node **link;
1089
1090         if (root) {
1091                 link = &root->rb_node;
1092                 if (unlikely(!*link)) {
1093                         *parent = NULL;
1094                         return link;
1095                 }
1096         } else {
1097                 link = &from;
1098         }
1099
1100         /*
1101          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
1102          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
1103          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
1104          */
1105         do {
1106                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
1107
1108                 /*
1109                  * During the traversal we also do some sanity check.
1110                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
1111                  * or full overlaps.
1112                  */
1113                 if (va->va_end <= tmp_va->va_start)
1114                         link = &(*link)->rb_left;
1115                 else if (va->va_start >= tmp_va->va_end)
1116                         link = &(*link)->rb_right;
1117                 else {
1118                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
1119                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
1120
1121                         return NULL;
1122                 }
1123         } while (*link);
1124
1125         *parent = &tmp_va->rb_node;
1126         return link;
1127 }
1128
1129 static __always_inline struct list_head *
1130 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
1131 {
1132         struct list_head *list;
1133
1134         if (unlikely(!parent))
1135                 /*
1136                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
1137                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
1138                  * there is no free vmap space. Normally it does not
1139                  * happen but we handle this case anyway.
1140                  */
1141                 return NULL;
1142
1143         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1144         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
1145 }
1146
1147 static __always_inline void
1148 __link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1149         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1150         struct list_head *head, bool augment)
1151 {
1152         /*
1153          * VA is still not in the list, but we can
1154          * identify its future previous list_head node.
1155          */
1156         if (likely(parent)) {
1157                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1158                 if (&parent->rb_right != link)
1159                         head = head->prev;
1160         }
1161
1162         /* Insert to the rb-tree */
1163         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
1164         if (augment) {
1165                 /*
1166                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
1167                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
1168                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
1169                  * It is because we populate the tree from the bottom
1170                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
1171                  *
1172                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
1173                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
1174                  * the correct order later on.
1175                  */
1176                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
1177                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1178                 va->subtree_max_size = 0;
1179         } else {
1180                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
1181         }
1182
1183         /* Address-sort this list */
1184         list_add(&va->list, head);
1185 }
1186
1187 static __always_inline void
1188 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1189         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1190         struct list_head *head)
1191 {
1192         __link_va(va, root, parent, link, head, false);
1193 }
1194
1195 static __always_inline void
1196 link_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1197         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1198         struct list_head *head)
1199 {
1200         __link_va(va, root, parent, link, head, true);
1201 }
1202
1203 static __always_inline void
1204 __unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root, bool augment)
1205 {
1206         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
1207                 return;
1208
1209         if (augment)
1210                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
1211                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1212         else
1213                 rb_erase(&va->rb_node, root);
1214
1215         list_del_init(&va->list);
1216         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
1217 }
1218
1219 static __always_inline void
1220 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1221 {
1222         __unlink_va(va, root, false);
1223 }
1224
1225 static __always_inline void
1226 unlink_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1227 {
1228         __unlink_va(va, root, true);
1229 }
1230
1231 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1232 /*
1233  * Gets called when remove the node and rotate.
1234  */
1235 static __always_inline unsigned long
1236 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
1237 {
1238         return max3(va_size(va),
1239                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
1240                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
1241 }
1242
1243 static void
1244 augment_tree_propagate_check(void)
1245 {
1246         struct vmap_area *va;
1247         unsigned long computed_size;
1248
1249         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1250                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
1251                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
1252                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
1253                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
1254         }
1255 }
1256 #endif
1257
1258 /*
1259  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
1260  * levels starting from VA point. The propagation must be done
1261  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
1262  * in case of newly inserting of VA to the tree.
1263  *
1264  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
1265  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
1266  * - After VA has been shrunk(allocation path);
1267  * - After VA has been increased(merging path).
1268  *
1269  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
1270  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
1271  * to the root node.
1272  *
1273  *       4--8
1274  *        /\
1275  *       /  \
1276  *      /    \
1277  *    2--2  8--8
1278  *
1279  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
1280  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
1281  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
1282  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
1283  * node becomes 4--6.
1284  */
1285 static __always_inline void
1286 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
1287 {
1288         /*
1289          * Populate the tree from bottom towards the root until
1290          * the calculated maximum available size of checked node
1291          * is equal to its current one.
1292          */
1293         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1294
1295 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1296         augment_tree_propagate_check();
1297 #endif
1298 }
1299
1300 static void
1301 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1302         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1303 {
1304         struct rb_node **link;
1305         struct rb_node *parent;
1306
1307         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1308         if (link)
1309                 link_va(va, root, parent, link, head);
1310 }
1311
1312 static void
1313 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1314         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1315         struct list_head *head)
1316 {
1317         struct rb_node **link;
1318         struct rb_node *parent;
1319
1320         if (from)
1321                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1322         else
1323                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1324
1325         if (link) {
1326                 link_va_augment(va, root, parent, link, head);
1327                 augment_tree_propagate_from(va);
1328         }
1329 }
1330
1331 /*
1332  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1333  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1334  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1335  * freed.
1336  *
1337  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1338  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1339  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1340  * ongoing.
1341  */
1342 static __always_inline struct vmap_area *
1343 __merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1344         struct rb_root *root, struct list_head *head, bool augment)
1345 {
1346         struct vmap_area *sibling;
1347         struct list_head *next;
1348         struct rb_node **link;
1349         struct rb_node *parent;
1350         bool merged = false;
1351
1352         /*
1353          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1354          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1355          */
1356         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1357         if (!link)
1358                 return NULL;
1359
1360         /*
1361          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1362          */
1363         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1364         if (unlikely(next == NULL))
1365                 goto insert;
1366
1367         /*
1368          * start            end
1369          * |                |
1370          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1371          *                  |                |
1372          *                  start            end
1373          */
1374         if (next != head) {
1375                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1376                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1377                         sibling->va_start = va->va_start;
1378
1379                         /* Free vmap_area object. */
1380                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1381
1382                         /* Point to the new merged area. */
1383                         va = sibling;
1384                         merged = true;
1385                 }
1386         }
1387
1388         /*
1389          * start            end
1390          * |                |
1391          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1392          *                  |                |
1393          *                  start            end
1394          */
1395         if (next->prev != head) {
1396                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1397                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1398                         /*
1399                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1400                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1401                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1402                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1403                          * "normalized" because of rotation operations.
1404                          */
1405                         if (merged)
1406                                 __unlink_va(va, root, augment);
1407
1408                         sibling->va_end = va->va_end;
1409
1410                         /* Free vmap_area object. */
1411                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1412
1413                         /* Point to the new merged area. */
1414                         va = sibling;
1415                         merged = true;
1416                 }
1417         }
1418
1419 insert:
1420         if (!merged)
1421                 __link_va(va, root, parent, link, head, augment);
1422
1423         return va;
1424 }
1425
1426 static __always_inline struct vmap_area *
1427 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1428         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1429 {
1430         return __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, false);
1431 }
1432
1433 static __always_inline struct vmap_area *
1434 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1435         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1436 {
1437         va = __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, true);
1438         if (va)
1439                 augment_tree_propagate_from(va);
1440
1441         return va;
1442 }
1443
1444 static __always_inline bool
1445 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1446         unsigned long align, unsigned long vstart)
1447 {
1448         unsigned long nva_start_addr;
1449
1450         if (va->va_start > vstart)
1451                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1452         else
1453                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1454
1455         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1456         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1457                         nva_start_addr < vstart)
1458                 return false;
1459
1460         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1461 }
1462
1463 /*
1464  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1465  * that will accomplish the request corresponding to passing
1466  * parameters. Please note, with an alignment bigger than PAGE_SIZE,
1467  * a search length is adjusted to account for worst case alignment
1468  * overhead.
1469  */
1470 static __always_inline struct vmap_area *
1471 find_vmap_lowest_match(struct rb_root *root, unsigned long size,
1472         unsigned long align, unsigned long vstart, bool adjust_search_size)
1473 {
1474         struct vmap_area *va;
1475         struct rb_node *node;
1476         unsigned long length;
1477
1478         /* Start from the root. */
1479         node = root->rb_node;
1480
1481         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1482         length = adjust_search_size ? size + align - 1 : size;
1483
1484         while (node) {
1485                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1486
1487                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1488                                 vstart < va->va_start) {
1489                         node = node->rb_left;
1490                 } else {
1491                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1492                                 return va;
1493
1494                         /*
1495                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1496                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1497                          * equal or bigger to the requested search length.
1498                          */
1499                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1500                                 node = node->rb_right;
1501                                 continue;
1502                         }
1503
1504                         /*
1505                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1506                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1507                          * due to "vstart" restriction or an alignment overhead
1508                          * that is bigger then PAGE_SIZE.
1509                          */
1510                         while ((node = rb_parent(node))) {
1511                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1512                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1513                                         return va;
1514
1515                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1516                                                 vstart <= va->va_start) {
1517                                         /*
1518                                          * Shift the vstart forward. Please note, we update it with
1519                                          * parent's start address adding "1" because we do not want
1520                                          * to enter same sub-tree after it has already been checked
1521                                          * and no suitable free block found there.
1522                                          */
1523                                         vstart = va->va_start + 1;
1524                                         node = node->rb_right;
1525                                         break;
1526                                 }
1527                         }
1528                 }
1529         }
1530
1531         return NULL;
1532 }
1533
1534 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1535 #include <linux/random.h>
1536
1537 static struct vmap_area *
1538 find_vmap_lowest_linear_match(struct list_head *head, unsigned long size,
1539         unsigned long align, unsigned long vstart)
1540 {
1541         struct vmap_area *va;
1542
1543         list_for_each_entry(va, head, list) {
1544                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1545                         continue;
1546
1547                 return va;
1548         }
1549
1550         return NULL;
1551 }
1552
1553 static void
1554 find_vmap_lowest_match_check(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1555                              unsigned long size, unsigned long align)
1556 {
1557         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1558         unsigned long vstart;
1559         unsigned int rnd;
1560
1561         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1562         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1563
1564         va_1 = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, false);
1565         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(head, size, align, vstart);
1566
1567         if (va_1 != va_2)
1568                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1569                         va_1, va_2, vstart);
1570 }
1571 #endif
1572
1573 enum fit_type {
1574         NOTHING_FIT = 0,
1575         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1576         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1577         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1578         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1579 };
1580
1581 static __always_inline enum fit_type
1582 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1583         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1584 {
1585         enum fit_type type;
1586
1587         /* Check if it is within VA. */
1588         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1589                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1590                 return NOTHING_FIT;
1591
1592         /* Now classify. */
1593         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1594                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1595                         type = FL_FIT_TYPE;
1596                 else
1597                         type = LE_FIT_TYPE;
1598         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1599                 type = RE_FIT_TYPE;
1600         } else {
1601                 type = NE_FIT_TYPE;
1602         }
1603
1604         return type;
1605 }
1606
1607 static __always_inline int
1608 va_clip(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1609                 struct vmap_area *va, unsigned long nva_start_addr,
1610                 unsigned long size)
1611 {
1612         struct vmap_area *lva = NULL;
1613         enum fit_type type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1614
1615         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1616                 /*
1617                  * No need to split VA, it fully fits.
1618                  *
1619                  * |               |
1620                  * V      NVA      V
1621                  * |---------------|
1622                  */
1623                 unlink_va_augment(va, root);
1624                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1625         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1626                 /*
1627                  * Split left edge of fit VA.
1628                  *
1629                  * |       |
1630                  * V  NVA  V   R
1631                  * |-------|-------|
1632                  */
1633                 va->va_start += size;
1634         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1635                 /*
1636                  * Split right edge of fit VA.
1637                  *
1638                  *         |       |
1639                  *     L   V  NVA  V
1640                  * |-------|-------|
1641                  */
1642                 va->va_end = nva_start_addr;
1643         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1644                 /*
1645                  * Split no edge of fit VA.
1646                  *
1647                  *     |       |
1648                  *   L V  NVA  V R
1649                  * |---|-------|---|
1650                  */
1651                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1652                 if (unlikely(!lva)) {
1653                         /*
1654                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1655                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1656                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1657                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1658                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1659                          * are its main fitting cases.
1660                          *
1661                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1662                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1663                          * big free space that has to be split.
1664                          *
1665                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1666                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1667                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1668                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1669                          * split purpose. That is rare and most time does not
1670                          * occur.
1671                          *
1672                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1673                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1674                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1675                          * triggered to repeat one more time. See more details
1676                          * in alloc_vmap_area() function.
1677                          */
1678                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1679                         if (!lva)
1680                                 return -1;
1681                 }
1682
1683                 /*
1684                  * Build the remainder.
1685                  */
1686                 lva->va_start = va->va_start;
1687                 lva->va_end = nva_start_addr;
1688
1689                 /*
1690                  * Shrink this VA to remaining size.
1691                  */
1692                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1693         } else {
1694                 return -1;
1695         }
1696
1697         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1698                 augment_tree_propagate_from(va);
1699
1700                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1701                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node, root, head);
1702         }
1703
1704         return 0;
1705 }
1706
1707 static unsigned long
1708 va_alloc(struct vmap_area *va,
1709                 struct rb_root *root, struct list_head *head,
1710                 unsigned long size, unsigned long align,
1711                 unsigned long vstart, unsigned long vend)
1712 {
1713         unsigned long nva_start_addr;
1714         int ret;
1715
1716         if (va->va_start > vstart)
1717                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1718         else
1719                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1720
1721         /* Check the "vend" restriction. */
1722         if (nva_start_addr + size > vend)
1723                 return vend;
1724
1725         /* Update the free vmap_area. */
1726         ret = va_clip(root, head, va, nva_start_addr, size);
1727         if (WARN_ON_ONCE(ret))
1728                 return vend;
1729
1730         return nva_start_addr;
1731 }
1732
1733 /*
1734  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1735  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1736  */
1737 static __always_inline unsigned long
1738 __alloc_vmap_area(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1739         unsigned long size, unsigned long align,
1740         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1741 {
1742         bool adjust_search_size = true;
1743         unsigned long nva_start_addr;
1744         struct vmap_area *va;
1745
1746         /*
1747          * Do not adjust when:
1748          *   a) align <= PAGE_SIZE, because it does not make any sense.
1749          *      All blocks(their start addresses) are at least PAGE_SIZE
1750          *      aligned anyway;
1751          *   b) a short range where a requested size corresponds to exactly
1752          *      specified [vstart:vend] interval and an alignment > PAGE_SIZE.
1753          *      With adjusted search length an allocation would not succeed.
1754          */
1755         if (align <= PAGE_SIZE || (align > PAGE_SIZE && (vend - vstart) == size))
1756                 adjust_search_size = false;
1757
1758         va = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, adjust_search_size);
1759         if (unlikely(!va))
1760                 return vend;
1761
1762         nva_start_addr = va_alloc(va, root, head, size, align, vstart, vend);
1763         if (nva_start_addr == vend)
1764                 return vend;
1765
1766 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1767         find_vmap_lowest_match_check(root, head, size, align);
1768 #endif
1769
1770         return nva_start_addr;
1771 }
1772
1773 /*
1774  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1775  */
1776 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1777 {
1778         struct vmap_node *vn = addr_to_node(va->va_start);
1779
1780         /*
1781          * Remove from the busy tree/list.
1782          */
1783         spin_lock(&vn->busy.lock);
1784         unlink_va(va, &vn->busy.root);
1785         spin_unlock(&vn->busy.lock);
1786
1787         /*
1788          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1789          */
1790         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1791         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1792         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1793 }
1794
1795 static inline void
1796 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1797 {
1798         struct vmap_area *va = NULL;
1799
1800         /*
1801          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1802          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1803          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1804          *
1805          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1806          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1807          * condition and high memory pressure.
1808          */
1809         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1810                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1811
1812         spin_lock(lock);
1813
1814         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1815                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1816 }
1817
1818 static struct vmap_pool *
1819 size_to_va_pool(struct vmap_node *vn, unsigned long size)
1820 {
1821         unsigned int idx = (size - 1) / PAGE_SIZE;
1822
1823         if (idx < MAX_VA_SIZE_PAGES)
1824                 return &vn->pool[idx];
1825
1826         return NULL;
1827 }
1828
1829 static bool
1830 node_pool_add_va(struct vmap_node *n, struct vmap_area *va)
1831 {
1832         struct vmap_pool *vp;
1833
1834         vp = size_to_va_pool(n, va_size(va));
1835         if (!vp)
1836                 return false;
1837
1838         spin_lock(&n->pool_lock);
1839         list_add(&va->list, &vp->head);
1840         WRITE_ONCE(vp->len, vp->len + 1);
1841         spin_unlock(&n->pool_lock);
1842
1843         return true;
1844 }
1845
1846 static struct vmap_area *
1847 node_pool_del_va(struct vmap_node *vn, unsigned long size,
1848                 unsigned long align, unsigned long vstart,
1849                 unsigned long vend)
1850 {
1851         struct vmap_area *va = NULL;
1852         struct vmap_pool *vp;
1853         int err = 0;
1854
1855         vp = size_to_va_pool(vn, size);
1856         if (!vp || list_empty(&vp->head))
1857                 return NULL;
1858
1859         spin_lock(&vn->pool_lock);
1860         if (!list_empty(&vp->head)) {
1861                 va = list_first_entry(&vp->head, struct vmap_area, list);
1862
1863                 if (IS_ALIGNED(va->va_start, align)) {
1864                         /*
1865                          * Do some sanity check and emit a warning
1866                          * if one of below checks detects an error.
1867                          */
1868                         err |= (va_size(va) != size);
1869                         err |= (va->va_start < vstart);
1870                         err |= (va->va_end > vend);
1871
1872                         if (!WARN_ON_ONCE(err)) {
1873                                 list_del_init(&va->list);
1874                                 WRITE_ONCE(vp->len, vp->len - 1);
1875                         } else {
1876                                 va = NULL;
1877                         }
1878                 } else {
1879                         list_move_tail(&va->list, &vp->head);
1880                         va = NULL;
1881                 }
1882         }
1883         spin_unlock(&vn->pool_lock);
1884
1885         return va;
1886 }
1887
1888 static struct vmap_area *
1889 node_alloc(unsigned long size, unsigned long align,
1890                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1891                 unsigned long *addr, unsigned int *vn_id)
1892 {
1893         struct vmap_area *va;
1894
1895         *vn_id = 0;
1896         *addr = vend;
1897
1898         /*
1899          * Fallback to a global heap if not vmalloc or there
1900          * is only one node.
1901          */
1902         if (vstart != VMALLOC_START || vend != VMALLOC_END ||
1903                         nr_vmap_nodes == 1)
1904                 return NULL;
1905
1906         *vn_id = raw_smp_processor_id() % nr_vmap_nodes;
1907         va = node_pool_del_va(id_to_node(*vn_id), size, align, vstart, vend);
1908         *vn_id = encode_vn_id(*vn_id);
1909
1910         if (va)
1911                 *addr = va->va_start;
1912
1913         return va;
1914 }
1915
1916 /*
1917  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1918  * vstart and vend.
1919  */
1920 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1921                                 unsigned long align,
1922                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1923                                 int node, gfp_t gfp_mask,
1924                                 unsigned long va_flags)
1925 {
1926         struct vmap_node *vn;
1927         struct vmap_area *va;
1928         unsigned long freed;
1929         unsigned long addr;
1930         unsigned int vn_id;
1931         int purged = 0;
1932         int ret;
1933
1934         if (unlikely(!size || offset_in_page(size) || !is_power_of_2(align)))
1935                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1936
1937         if (unlikely(!vmap_initialized))
1938                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1939
1940         might_sleep();
1941
1942         /*
1943          * If a VA is obtained from a global heap(if it fails here)
1944          * it is anyway marked with this "vn_id" so it is returned
1945          * to this pool's node later. Such way gives a possibility
1946          * to populate pools based on users demand.
1947          *
1948          * On success a ready to go VA is returned.
1949          */
1950         va = node_alloc(size, align, vstart, vend, &addr, &vn_id);
1951         if (!va) {
1952                 gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1953
1954                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1955                 if (unlikely(!va))
1956                         return ERR_PTR(-ENOMEM);
1957
1958                 /*
1959                  * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1960                  * to avoid false negatives.
1961                  */
1962                 kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1963         }
1964
1965 retry:
1966         if (addr == vend) {
1967                 preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1968                 addr = __alloc_vmap_area(&free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list,
1969                         size, align, vstart, vend);
1970                 spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1971         }
1972
1973         trace_alloc_vmap_area(addr, size, align, vstart, vend, addr == vend);
1974
1975         /*
1976          * If an allocation fails, the "vend" address is
1977          * returned. Therefore trigger the overflow path.
1978          */
1979         if (unlikely(addr == vend))
1980                 goto overflow;
1981
1982         va->va_start = addr;
1983         va->va_end = addr + size;
1984         va->vm = NULL;
1985         va->flags = (va_flags | vn_id);
1986
1987         vn = addr_to_node(va->va_start);
1988
1989         spin_lock(&vn->busy.lock);
1990         insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
1991         spin_unlock(&vn->busy.lock);
1992
1993         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
1994         BUG_ON(va->va_start < vstart);
1995         BUG_ON(va->va_end > vend);
1996
1997         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
1998         if (ret) {
1999                 free_vmap_area(va);
2000                 return ERR_PTR(ret);
2001         }
2002
2003         return va;
2004
2005 overflow:
2006         if (!purged) {
2007                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
2008                 purged = 1;
2009                 goto retry;
2010         }
2011
2012         freed = 0;
2013         blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
2014
2015         if (freed > 0) {
2016                 purged = 0;
2017                 goto retry;
2018         }
2019
2020         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
2021                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
2022                         size);
2023
2024         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
2025         return ERR_PTR(-EBUSY);
2026 }
2027
2028 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2029 {
2030         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
2031 }
2032 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
2033
2034 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
2035 {
2036         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
2037 }
2038 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
2039
2040 /*
2041  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
2042  * before attempting to purge with a TLB flush.
2043  *
2044  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
2045  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
2046  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
2047  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
2048  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
2049  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
2050  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
2051  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
2052  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
2053  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
2054  * becomes a problem on bigger systems.
2055  */
2056 static unsigned long lazy_max_pages(void)
2057 {
2058         unsigned int log;
2059
2060         log = fls(num_online_cpus());
2061
2062         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
2063 }
2064
2065 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
2066
2067 /*
2068  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
2069  * by this lock, but we want to avoid concurrent calls for performance
2070  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
2071  */
2072 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
2073
2074 /* for per-CPU blocks */
2075 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
2076 static cpumask_t purge_nodes;
2077
2078 static void
2079 reclaim_list_global(struct list_head *head)
2080 {
2081         struct vmap_area *va, *n;
2082
2083         if (list_empty(head))
2084                 return;
2085
2086         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
2087         list_for_each_entry_safe(va, n, head, list)
2088                 merge_or_add_vmap_area_augment(va,
2089                         &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
2090         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
2091 }
2092
2093 static void
2094 decay_va_pool_node(struct vmap_node *vn, bool full_decay)
2095 {
2096         struct vmap_area *va, *nva;
2097         struct list_head decay_list;
2098         struct rb_root decay_root;
2099         unsigned long n_decay;
2100         int i;
2101
2102         decay_root = RB_ROOT;
2103         INIT_LIST_HEAD(&decay_list);
2104
2105         for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
2106                 struct list_head tmp_list;
2107
2108                 if (list_empty(&vn->pool[i].head))
2109                         continue;
2110
2111                 INIT_LIST_HEAD(&tmp_list);
2112
2113                 /* Detach the pool, so no-one can access it. */
2114                 spin_lock(&vn->pool_lock);
2115                 list_replace_init(&vn->pool[i].head, &tmp_list);
2116                 spin_unlock(&vn->pool_lock);
2117
2118                 if (full_decay)
2119                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
2120
2121                 /* Decay a pool by ~25% out of left objects. */
2122                 n_decay = vn->pool[i].len >> 2;
2123
2124                 list_for_each_entry_safe(va, nva, &tmp_list, list) {
2125                         list_del_init(&va->list);
2126                         merge_or_add_vmap_area(va, &decay_root, &decay_list);
2127
2128                         if (!full_decay) {
2129                                 WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, vn->pool[i].len - 1);
2130
2131                                 if (!--n_decay)
2132                                         break;
2133                         }
2134                 }
2135
2136                 /*
2137                  * Attach the pool back if it has been partly decayed.
2138                  * Please note, it is supposed that nobody(other contexts)
2139                  * can populate the pool therefore a simple list replace
2140                  * operation takes place here.
2141                  */
2142                 if (!full_decay && !list_empty(&tmp_list)) {
2143                         spin_lock(&vn->pool_lock);
2144                         list_replace_init(&tmp_list, &vn->pool[i].head);
2145                         spin_unlock(&vn->pool_lock);
2146                 }
2147         }
2148
2149         reclaim_list_global(&decay_list);
2150 }
2151
2152 static void purge_vmap_node(struct work_struct *work)
2153 {
2154         struct vmap_node *vn = container_of(work,
2155                 struct vmap_node, purge_work);
2156         struct vmap_area *va, *n_va;
2157         LIST_HEAD(local_list);
2158
2159         vn->nr_purged = 0;
2160
2161         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &vn->purge_list, list) {
2162                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
2163                 unsigned long orig_start = va->va_start;
2164                 unsigned long orig_end = va->va_end;
2165                 unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2166
2167                 list_del_init(&va->list);
2168
2169                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
2170                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
2171                                               va->va_start, va->va_end);
2172
2173                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
2174                 vn->nr_purged++;
2175
2176                 if (is_vn_id_valid(vn_id) && !vn->skip_populate)
2177                         if (node_pool_add_va(vn, va))
2178                                 continue;
2179
2180                 /* Go back to global. */
2181                 list_add(&va->list, &local_list);
2182         }
2183
2184         reclaim_list_global(&local_list);
2185 }
2186
2187 /*
2188  * Purges all lazily-freed vmap areas.
2189  */
2190 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end,
2191                 bool full_pool_decay)
2192 {
2193         unsigned long nr_purged_areas = 0;
2194         unsigned int nr_purge_helpers;
2195         unsigned int nr_purge_nodes;
2196         struct vmap_node *vn;
2197         int i;
2198
2199         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
2200
2201         /*
2202          * Use cpumask to mark which node has to be processed.
2203          */
2204         purge_nodes = CPU_MASK_NONE;
2205
2206         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
2207                 vn = &vmap_nodes[i];
2208
2209                 INIT_LIST_HEAD(&vn->purge_list);
2210                 vn->skip_populate = full_pool_decay;
2211                 decay_va_pool_node(vn, full_pool_decay);
2212
2213                 if (RB_EMPTY_ROOT(&vn->lazy.root))
2214                         continue;
2215
2216                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
2217                 WRITE_ONCE(vn->lazy.root.rb_node, NULL);
2218                 list_replace_init(&vn->lazy.head, &vn->purge_list);
2219                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2220
2221                 start = min(start, list_first_entry(&vn->purge_list,
2222                         struct vmap_area, list)->va_start);
2223
2224                 end = max(end, list_last_entry(&vn->purge_list,
2225                         struct vmap_area, list)->va_end);
2226
2227                 cpumask_set_cpu(i, &purge_nodes);
2228         }
2229
2230         nr_purge_nodes = cpumask_weight(&purge_nodes);
2231         if (nr_purge_nodes > 0) {
2232                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2233
2234                 /* One extra worker is per a lazy_max_pages() full set minus one. */
2235                 nr_purge_helpers = atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) / lazy_max_pages();
2236                 nr_purge_helpers = clamp(nr_purge_helpers, 1U, nr_purge_nodes) - 1;
2237
2238                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2239                         vn = &vmap_nodes[i];
2240
2241                         if (nr_purge_helpers > 0) {
2242                                 INIT_WORK(&vn->purge_work, purge_vmap_node);
2243
2244                                 if (cpumask_test_cpu(i, cpu_online_mask))
2245                                         schedule_work_on(i, &vn->purge_work);
2246                                 else
2247                                         schedule_work(&vn->purge_work);
2248
2249                                 nr_purge_helpers--;
2250                         } else {
2251                                 vn->purge_work.func = NULL;
2252                                 purge_vmap_node(&vn->purge_work);
2253                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2254                         }
2255                 }
2256
2257                 for_each_cpu(i, &purge_nodes) {
2258                         vn = &vmap_nodes[i];
2259
2260                         if (vn->purge_work.func) {
2261                                 flush_work(&vn->purge_work);
2262                                 nr_purged_areas += vn->nr_purged;
2263                         }
2264                 }
2265         }
2266
2267         trace_purge_vmap_area_lazy(start, end, nr_purged_areas);
2268         return nr_purged_areas > 0;
2269 }
2270
2271 /*
2272  * Reclaim vmap areas by purging fragmented blocks and purge_vmap_area_list.
2273  */
2274 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void)
2275
2276 {
2277         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2278         purge_fragmented_blocks_allcpus();
2279         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, true);
2280         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2281 }
2282
2283 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work)
2284 {
2285         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2286         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0, false);
2287         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2288 }
2289
2290 /*
2291  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped,
2292  * unlinked and flush_cache_vunmap had been called for the correct
2293  * range previously.
2294  */
2295 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
2296 {
2297         unsigned long nr_lazy_max = lazy_max_pages();
2298         unsigned long va_start = va->va_start;
2299         unsigned int vn_id = decode_vn_id(va->flags);
2300         struct vmap_node *vn;
2301         unsigned long nr_lazy;
2302
2303         if (WARN_ON_ONCE(!list_empty(&va->list)))
2304                 return;
2305
2306         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
2307                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
2308
2309         /*
2310          * If it was request by a certain node we would like to
2311          * return it to that node, i.e. its pool for later reuse.
2312          */
2313         vn = is_vn_id_valid(vn_id) ?
2314                 id_to_node(vn_id):addr_to_node(va->va_start);
2315
2316         spin_lock(&vn->lazy.lock);
2317         insert_vmap_area(va, &vn->lazy.root, &vn->lazy.head);
2318         spin_unlock(&vn->lazy.lock);
2319
2320         trace_free_vmap_area_noflush(va_start, nr_lazy, nr_lazy_max);
2321
2322         /* After this point, we may free va at any time */
2323         if (unlikely(nr_lazy > nr_lazy_max))
2324                 schedule_work(&drain_vmap_work);
2325 }
2326
2327 /*
2328  * Free and unmap a vmap area
2329  */
2330 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
2331 {
2332         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
2333         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
2334         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2335                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
2336
2337         free_vmap_area_noflush(va);
2338 }
2339
2340 struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
2341 {
2342         struct vmap_node *vn;
2343         struct vmap_area *va;
2344         int i, j;
2345
2346         /*
2347          * An addr_to_node_id(addr) converts an address to a node index
2348          * where a VA is located. If VA spans several zones and passed
2349          * addr is not the same as va->va_start, what is not common, we
2350          * may need to scan extra nodes. See an example:
2351          *
2352          *      <----va---->
2353          * -|-----|-----|-----|-----|-
2354          *     1     2     0     1
2355          *
2356          * VA resides in node 1 whereas it spans 1, 2 an 0. If passed
2357          * addr is within 2 or 0 nodes we should do extra work.
2358          */
2359         i = j = addr_to_node_id(addr);
2360         do {
2361                 vn = &vmap_nodes[i];
2362
2363                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2364                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2365                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2366
2367                 if (va)
2368                         return va;
2369         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2370
2371         return NULL;
2372 }
2373
2374 static struct vmap_area *find_unlink_vmap_area(unsigned long addr)
2375 {
2376         struct vmap_node *vn;
2377         struct vmap_area *va;
2378         int i, j;
2379
2380         /*
2381          * Check the comment in the find_vmap_area() about the loop.
2382          */
2383         i = j = addr_to_node_id(addr);
2384         do {
2385                 vn = &vmap_nodes[i];
2386
2387                 spin_lock(&vn->busy.lock);
2388                 va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
2389                 if (va)
2390                         unlink_va(va, &vn->busy.root);
2391                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
2392
2393                 if (va)
2394                         return va;
2395         } while ((i = (i + 1) % nr_vmap_nodes) != j);
2396
2397         return NULL;
2398 }
2399
2400 /*** Per cpu kva allocator ***/
2401
2402 /*
2403  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
2404  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
2405  */
2406 /*
2407  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
2408  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
2409  * instead (we just need a rough idea)
2410  */
2411 #if BITS_PER_LONG == 32
2412 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
2413 #else
2414 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
2415 #endif
2416
2417 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
2418 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
2419 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
2420 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
2421 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
2422 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
2423 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
2424                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
2425                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
2426                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
2427
2428 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
2429
2430 /*
2431  * Purge threshold to prevent overeager purging of fragmented blocks for
2432  * regular operations: Purge if vb->free is less than 1/4 of the capacity.
2433  */
2434 #define VMAP_PURGE_THRESHOLD    (VMAP_BBMAP_BITS / 4)
2435
2436 #define VMAP_RAM                0x1 /* indicates vm_map_ram area*/
2437 #define VMAP_BLOCK              0x2 /* mark out the vmap_block sub-type*/
2438 #define VMAP_FLAGS_MASK         0x3
2439
2440 struct vmap_block_queue {
2441         spinlock_t lock;
2442         struct list_head free;
2443
2444         /*
2445          * An xarray requires an extra memory dynamically to
2446          * be allocated. If it is an issue, we can use rb-tree
2447          * instead.
2448          */
2449         struct xarray vmap_blocks;
2450 };
2451
2452 struct vmap_block {
2453         spinlock_t lock;
2454         struct vmap_area *va;
2455         unsigned long free, dirty;
2456         DECLARE_BITMAP(used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2457         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
2458         struct list_head free_list;
2459         struct rcu_head rcu_head;
2460         struct list_head purge;
2461 };
2462
2463 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
2464 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
2465
2466 /*
2467  * In order to fast access to any "vmap_block" associated with a
2468  * specific address, we use a hash.
2469  *
2470  * A per-cpu vmap_block_queue is used in both ways, to serialize
2471  * an access to free block chains among CPUs(alloc path) and it
2472  * also acts as a vmap_block hash(alloc/free paths). It means we
2473  * overload it, since we already have the per-cpu array which is
2474  * used as a hash table. When used as a hash a 'cpu' passed to
2475  * per_cpu() is not actually a CPU but rather a hash index.
2476  *
2477  * A hash function is addr_to_vb_xa() which hashes any address
2478  * to a specific index(in a hash) it belongs to. This then uses a
2479  * per_cpu() macro to access an array with generated index.
2480  *
2481  * An example:
2482  *
2483  *  CPU_1  CPU_2  CPU_0
2484  *    |      |      |
2485  *    V      V      V
2486  * 0     10     20     30     40     50     60
2487  * |------|------|------|------|------|------|...<vmap address space>
2488  *   CPU0   CPU1   CPU2   CPU0   CPU1   CPU2
2489  *
2490  * - CPU_1 invokes vm_unmap_ram(6), 6 belongs to CPU0 zone, thus
2491  *   it access: CPU0/INDEX0 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2492  *
2493  * - CPU_2 invokes vm_unmap_ram(11), 11 belongs to CPU1 zone, thus
2494  *   it access: CPU1/INDEX1 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2495  *
2496  * - CPU_0 invokes vm_unmap_ram(20), 20 belongs to CPU2 zone, thus
2497  *   it access: CPU2/INDEX2 -> vmap_blocks -> xa_lock.
2498  *
2499  * This technique almost always avoids lock contention on insert/remove,
2500  * however xarray spinlocks protect against any contention that remains.
2501  */
2502 static struct xarray *
2503 addr_to_vb_xa(unsigned long addr)
2504 {
2505         int index = (addr / VMAP_BLOCK_SIZE) % num_possible_cpus();
2506
2507         return &per_cpu(vmap_block_queue, index).vmap_blocks;
2508 }
2509
2510 /*
2511  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
2512  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
2513  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
2514  * big problem.
2515  */
2516
2517 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
2518 {
2519         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
2520         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
2521         return addr;
2522 }
2523
2524 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
2525 {
2526         unsigned long addr;
2527
2528         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
2529         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
2530         return (void *)addr;
2531 }
2532
2533 /**
2534  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
2535  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
2536  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
2537  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
2538  *
2539  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
2540  */
2541 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
2542 {
2543         struct vmap_block_queue *vbq;
2544         struct vmap_block *vb;
2545         struct vmap_area *va;
2546         struct xarray *xa;
2547         unsigned long vb_idx;
2548         int node, err;
2549         void *vaddr;
2550
2551         node = numa_node_id();
2552
2553         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
2554                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2555         if (unlikely(!vb))
2556                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2557
2558         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
2559                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2560                                         node, gfp_mask,
2561                                         VMAP_RAM|VMAP_BLOCK);
2562         if (IS_ERR(va)) {
2563                 kfree(vb);
2564                 return ERR_CAST(va);
2565         }
2566
2567         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
2568         spin_lock_init(&vb->lock);
2569         vb->va = va;
2570         /* At least something should be left free */
2571         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
2572         bitmap_zero(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2573         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
2574         vb->dirty = 0;
2575         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2576         vb->dirty_max = 0;
2577         bitmap_set(vb->used_map, 0, (1UL << order));
2578         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
2579
2580         xa = addr_to_vb_xa(va->va_start);
2581         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
2582         err = xa_insert(xa, vb_idx, vb, gfp_mask);
2583         if (err) {
2584                 kfree(vb);
2585                 free_vmap_area(va);
2586                 return ERR_PTR(err);
2587         }
2588
2589         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2590         spin_lock(&vbq->lock);
2591         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
2592         spin_unlock(&vbq->lock);
2593
2594         return vaddr;
2595 }
2596
2597 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
2598 {
2599         struct vmap_node *vn;
2600         struct vmap_block *tmp;
2601         struct xarray *xa;
2602
2603         xa = addr_to_vb_xa(vb->va->va_start);
2604         tmp = xa_erase(xa, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
2605         BUG_ON(tmp != vb);
2606
2607         vn = addr_to_node(vb->va->va_start);
2608         spin_lock(&vn->busy.lock);
2609         unlink_va(vb->va, &vn->busy.root);
2610         spin_unlock(&vn->busy.lock);
2611
2612         free_vmap_area_noflush(vb->va);
2613         kfree_rcu(vb, rcu_head);
2614 }
2615
2616 static bool purge_fragmented_block(struct vmap_block *vb,
2617                 struct vmap_block_queue *vbq, struct list_head *purge_list,
2618                 bool force_purge)
2619 {
2620         if (vb->free + vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2621             vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2622                 return false;
2623
2624         /* Don't overeagerly purge usable blocks unless requested */
2625         if (!(force_purge || vb->free < VMAP_PURGE_THRESHOLD))
2626                 return false;
2627
2628         /* prevent further allocs after releasing lock */
2629         WRITE_ONCE(vb->free, 0);
2630         /* prevent purging it again */
2631         WRITE_ONCE(vb->dirty, VMAP_BBMAP_BITS);
2632         vb->dirty_min = 0;
2633         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
2634         spin_lock(&vbq->lock);
2635         list_del_rcu(&vb->free_list);
2636         spin_unlock(&vbq->lock);
2637         list_add_tail(&vb->purge, purge_list);
2638         return true;
2639 }
2640
2641 static void free_purged_blocks(struct list_head *purge_list)
2642 {
2643         struct vmap_block *vb, *n_vb;
2644
2645         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, purge_list, purge) {
2646                 list_del(&vb->purge);
2647                 free_vmap_block(vb);
2648         }
2649 }
2650
2651 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
2652 {
2653         LIST_HEAD(purge);
2654         struct vmap_block *vb;
2655         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2656
2657         rcu_read_lock();
2658         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2659                 unsigned long free = READ_ONCE(vb->free);
2660                 unsigned long dirty = READ_ONCE(vb->dirty);
2661
2662                 if (free + dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2663                     dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2664                         continue;
2665
2666                 spin_lock(&vb->lock);
2667                 purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge, true);
2668                 spin_unlock(&vb->lock);
2669         }
2670         rcu_read_unlock();
2671         free_purged_blocks(&purge);
2672 }
2673
2674 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
2675 {
2676         int cpu;
2677
2678         for_each_possible_cpu(cpu)
2679                 purge_fragmented_blocks(cpu);
2680 }
2681
2682 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
2683 {
2684         struct vmap_block_queue *vbq;
2685         struct vmap_block *vb;
2686         void *vaddr = NULL;
2687         unsigned int order;
2688
2689         BUG_ON(offset_in_page(size));
2690         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2691         if (WARN_ON(size == 0)) {
2692                 /*
2693                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
2694                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
2695                  * early.
2696                  */
2697                 return NULL;
2698         }
2699         order = get_order(size);
2700
2701         rcu_read_lock();
2702         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2703         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2704                 unsigned long pages_off;
2705
2706                 if (READ_ONCE(vb->free) < (1UL << order))
2707                         continue;
2708
2709                 spin_lock(&vb->lock);
2710                 if (vb->free < (1UL << order)) {
2711                         spin_unlock(&vb->lock);
2712                         continue;
2713                 }
2714
2715                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
2716                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
2717                 WRITE_ONCE(vb->free, vb->free - (1UL << order));
2718                 bitmap_set(vb->used_map, pages_off, (1UL << order));
2719                 if (vb->free == 0) {
2720                         spin_lock(&vbq->lock);
2721                         list_del_rcu(&vb->free_list);
2722                         spin_unlock(&vbq->lock);
2723                 }
2724
2725                 spin_unlock(&vb->lock);
2726                 break;
2727         }
2728
2729         rcu_read_unlock();
2730
2731         /* Allocate new block if nothing was found */
2732         if (!vaddr)
2733                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2734
2735         return vaddr;
2736 }
2737
2738 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2739 {
2740         unsigned long offset;
2741         unsigned int order;
2742         struct vmap_block *vb;
2743         struct xarray *xa;
2744
2745         BUG_ON(offset_in_page(size));
2746         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2747
2748         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2749
2750         order = get_order(size);
2751         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2752
2753         xa = addr_to_vb_xa(addr);
2754         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx(addr));
2755
2756         spin_lock(&vb->lock);
2757         bitmap_clear(vb->used_map, offset, (1UL << order));
2758         spin_unlock(&vb->lock);
2759
2760         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2761
2762         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2763                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2764
2765         spin_lock(&vb->lock);
2766
2767         /* Expand the not yet TLB flushed dirty range */
2768         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2769         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2770
2771         WRITE_ONCE(vb->dirty, vb->dirty + (1UL << order));
2772         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2773                 BUG_ON(vb->free);
2774                 spin_unlock(&vb->lock);
2775                 free_vmap_block(vb);
2776         } else
2777                 spin_unlock(&vb->lock);
2778 }
2779
2780 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2781 {
2782         LIST_HEAD(purge_list);
2783         int cpu;
2784
2785         if (unlikely(!vmap_initialized))
2786                 return;
2787
2788         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2789
2790         for_each_possible_cpu(cpu) {
2791                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2792                 struct vmap_block *vb;
2793                 unsigned long idx;
2794
2795                 rcu_read_lock();
2796                 xa_for_each(&vbq->vmap_blocks, idx, vb) {
2797                         spin_lock(&vb->lock);
2798
2799                         /*
2800                          * Try to purge a fragmented block first. If it's
2801                          * not purgeable, check whether there is dirty
2802                          * space to be flushed.
2803                          */
2804                         if (!purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge_list, false) &&
2805                             vb->dirty_max && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2806                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2807                                 unsigned long s, e;
2808
2809                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2810                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2811
2812                                 start = min(s, start);
2813                                 end   = max(e, end);
2814
2815                                 /* Prevent that this is flushed again */
2816                                 vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2817                                 vb->dirty_max = 0;
2818
2819                                 flush = 1;
2820                         }
2821                         spin_unlock(&vb->lock);
2822                 }
2823                 rcu_read_unlock();
2824         }
2825         free_purged_blocks(&purge_list);
2826
2827         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end, false) && flush)
2828                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2829         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2830 }
2831
2832 /**
2833  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2834  *
2835  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2836  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2837  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2838  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2839  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2840  *
2841  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2842  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2843  * from the vmap layer.
2844  */
2845 void vm_unmap_aliases(void)
2846 {
2847         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2848         int flush = 0;
2849
2850         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2851 }
2852 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2853
2854 /**
2855  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2856  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2857  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2858  */
2859 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2860 {
2861         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2862         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(mem);
2863         struct vmap_area *va;
2864
2865         might_sleep();
2866         BUG_ON(!addr);
2867         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2868         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2869         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2870
2871         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2872
2873         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2874                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2875                 vb_free(addr, size);
2876                 return;
2877         }
2878
2879         va = find_unlink_vmap_area(addr);
2880         if (WARN_ON_ONCE(!va))
2881                 return;
2882
2883         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2884                                     (va->va_end - va->va_start));
2885         free_unmap_vmap_area(va);
2886 }
2887 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2888
2889 /**
2890  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2891  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2892  * @count: number of pages
2893  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2894  *
2895  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2896  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2897  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2898  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2899  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2900  *
2901  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2902  */
2903 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2904 {
2905         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2906         unsigned long addr;
2907         void *mem;
2908
2909         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2910                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2911                 if (IS_ERR(mem))
2912                         return NULL;
2913                 addr = (unsigned long)mem;
2914         } else {
2915                 struct vmap_area *va;
2916                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2917                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2918                                 node, GFP_KERNEL, VMAP_RAM);
2919                 if (IS_ERR(va))
2920                         return NULL;
2921
2922                 addr = va->va_start;
2923                 mem = (void *)addr;
2924         }
2925
2926         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2927                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2928                 vm_unmap_ram(mem, count);
2929                 return NULL;
2930         }
2931
2932         /*
2933          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
2934          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
2935          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
2936          */
2937         mem = kasan_unpoison_vmalloc(mem, size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
2938
2939         return mem;
2940 }
2941 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2942
2943 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2944
2945 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2946 {
2947 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2948         return vm->page_order;
2949 #else
2950         return 0;
2951 #endif
2952 }
2953
2954 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2955 {
2956 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2957         vm->page_order = order;
2958 #else
2959         BUG_ON(order != 0);
2960 #endif
2961 }
2962
2963 /**
2964  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
2965  * @vm: vm_struct to add
2966  *
2967  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
2968  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
2969  * should contain proper values and the other fields should be zero.
2970  *
2971  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2972  */
2973 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
2974 {
2975         struct vm_struct *tmp, **p;
2976
2977         BUG_ON(vmap_initialized);
2978         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
2979                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
2980                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
2981                         break;
2982                 } else
2983                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
2984         }
2985         vm->next = *p;
2986         *p = vm;
2987 }
2988
2989 /**
2990  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
2991  * @vm: vm_struct to register
2992  * @align: requested alignment
2993  *
2994  * This function is used to register kernel vm area before
2995  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
2996  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
2997  * vm->addr contains the allocated address.
2998  *
2999  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
3000  */
3001 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
3002 {
3003         unsigned long addr = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3004         struct vm_struct *cur, **p;
3005
3006         BUG_ON(vmap_initialized);
3007
3008         for (p = &vmlist; (cur = *p) != NULL; p = &cur->next) {
3009                 if ((unsigned long)cur->addr - addr >= vm->size)
3010                         break;
3011                 addr = ALIGN((unsigned long)cur->addr + cur->size, align);
3012         }
3013
3014         BUG_ON(addr > VMALLOC_END - vm->size);
3015         vm->addr = (void *)addr;
3016         vm->next = *p;
3017         *p = vm;
3018         kasan_populate_early_vm_area_shadow(vm->addr, vm->size);
3019 }
3020
3021 static inline void setup_vmalloc_vm_locked(struct vm_struct *vm,
3022         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
3023 {
3024         vm->flags = flags;
3025         vm->addr = (void *)va->va_start;
3026         vm->size = va->va_end - va->va_start;
3027         vm->caller = caller;
3028         va->vm = vm;
3029 }
3030
3031 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
3032                               unsigned long flags, const void *caller)
3033 {
3034         struct vmap_node *vn = addr_to_node(va->va_start);
3035
3036         spin_lock(&vn->busy.lock);
3037         setup_vmalloc_vm_locked(vm, va, flags, caller);
3038         spin_unlock(&vn->busy.lock);
3039 }
3040
3041 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
3042 {
3043         /*
3044          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
3045          * we should make sure that vm has proper values.
3046          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
3047          */
3048         smp_wmb();
3049         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
3050 }
3051
3052 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
3053                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
3054                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
3055                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
3056 {
3057         struct vmap_area *va;
3058         struct vm_struct *area;
3059         unsigned long requested_size = size;
3060
3061         BUG_ON(in_interrupt());
3062         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
3063         if (unlikely(!size))
3064                 return NULL;
3065
3066         if (flags & VM_IOREMAP)
3067                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
3068                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
3069
3070         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
3071         if (unlikely(!area))
3072                 return NULL;
3073
3074         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
3075                 size += PAGE_SIZE;
3076
3077         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask, 0);
3078         if (IS_ERR(va)) {
3079                 kfree(area);
3080                 return NULL;
3081         }
3082
3083         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
3084
3085         /*
3086          * Mark pages for non-VM_ALLOC mappings as accessible. Do it now as a
3087          * best-effort approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
3088          * For VM_ALLOC mappings, the pages are marked as accessible after
3089          * getting mapped in __vmalloc_node_range().
3090          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
3091          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3092          */
3093         if (!(flags & VM_ALLOC))
3094                 area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, requested_size,
3095                                                     KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
3096
3097         return area;
3098 }
3099
3100 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3101                                        unsigned long start, unsigned long end,
3102                                        const void *caller)
3103 {
3104         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
3105                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3106 }
3107
3108 /**
3109  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
3110  * @size:        size of the area
3111  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
3112  *
3113  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
3114  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
3115  * on success or %NULL on failure.
3116  *
3117  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3118  */
3119 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
3120 {
3121         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3122                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3123                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
3124                                   __builtin_return_address(0));
3125 }
3126
3127 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
3128                                 const void *caller)
3129 {
3130         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
3131                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3132                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
3133 }
3134
3135 /**
3136  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
3137  * @addr:         base address
3138  *
3139  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
3140  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
3141  * pointer valid.
3142  *
3143  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3144  */
3145 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
3146 {
3147         struct vmap_area *va;
3148
3149         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
3150         if (!va)
3151                 return NULL;
3152
3153         return va->vm;
3154 }
3155
3156 /**
3157  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
3158  * @addr:           base address
3159  *
3160  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
3161  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
3162  * on SMP machines, except for its size or flags.
3163  *
3164  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
3165  */
3166 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
3167 {
3168         struct vmap_area *va;
3169         struct vm_struct *vm;
3170
3171         might_sleep();
3172
3173         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
3174                         addr))
3175                 return NULL;
3176
3177         va = find_unlink_vmap_area((unsigned long)addr);
3178         if (!va || !va->vm)
3179                 return NULL;
3180         vm = va->vm;
3181
3182         debug_check_no_locks_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3183         debug_check_no_obj_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3184         kasan_free_module_shadow(vm);
3185         kasan_poison_vmalloc(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
3186
3187         free_unmap_vmap_area(va);
3188         return vm;
3189 }
3190
3191 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
3192                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
3193 {
3194         int i;
3195
3196         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
3197         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3198                 if (page_address(area->pages[i]))
3199                         set_direct_map(area->pages[i]);
3200 }
3201
3202 /*
3203  * Flush the vm mapping and reset the direct map.
3204  */
3205 static void vm_reset_perms(struct vm_struct *area)
3206 {
3207         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
3208         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
3209         int flush_dmap = 0;
3210         int i;
3211
3212         /*
3213          * Find the start and end range of the direct mappings to make sure that
3214          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
3215          */
3216         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
3217                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
3218
3219                 if (addr) {
3220                         unsigned long page_size;
3221
3222                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
3223                         start = min(addr, start);
3224                         end = max(addr + page_size, end);
3225                         flush_dmap = 1;
3226                 }
3227         }
3228
3229         /*
3230          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
3231          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
3232          * reset the direct map permissions to the default.
3233          */
3234         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
3235         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
3236         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
3237 }
3238
3239 static void delayed_vfree_work(struct work_struct *w)
3240 {
3241         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
3242         struct llist_node *t, *llnode;
3243
3244         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
3245                 vfree(llnode);
3246 }
3247
3248 /**
3249  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
3250  * @addr:         memory base address
3251  *
3252  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
3253  * except NMIs.
3254  */
3255 void vfree_atomic(const void *addr)
3256 {
3257         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
3258
3259         BUG_ON(in_nmi());
3260         kmemleak_free(addr);
3261
3262         /*
3263          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
3264          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
3265          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
3266          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
3267          */
3268         if (addr && llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
3269                 schedule_work(&p->wq);
3270 }
3271
3272 /**
3273  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
3274  * @addr:  Memory base address
3275  *
3276  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
3277  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
3278  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
3279  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
3280  *
3281  * If @addr is NULL, no operation is performed.
3282  *
3283  * Context:
3284  * May sleep if called *not* from interrupt context.
3285  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
3286  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
3287  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
3288  */
3289 void vfree(const void *addr)
3290 {
3291         struct vm_struct *vm;
3292         int i;
3293
3294         if (unlikely(in_interrupt())) {
3295                 vfree_atomic(addr);
3296                 return;
3297         }
3298
3299         BUG_ON(in_nmi());
3300         kmemleak_free(addr);
3301         might_sleep();
3302
3303         if (!addr)
3304                 return;
3305
3306         vm = remove_vm_area(addr);
3307         if (unlikely(!vm)) {
3308                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
3309                                 addr);
3310                 return;
3311         }
3312
3313         if (unlikely(vm->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3314                 vm_reset_perms(vm);
3315         for (i = 0; i < vm->nr_pages; i++) {
3316                 struct page *page = vm->pages[i];
3317
3318                 BUG_ON(!page);
3319                 mod_memcg_page_state(page, MEMCG_VMALLOC, -1);
3320                 /*
3321                  * High-order allocs for huge vmallocs are split, so
3322                  * can be freed as an array of order-0 allocations
3323                  */
3324                 __free_page(page);
3325                 cond_resched();
3326         }
3327         atomic_long_sub(vm->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3328         kvfree(vm->pages);
3329         kfree(vm);
3330 }
3331 EXPORT_SYMBOL(vfree);
3332
3333 /**
3334  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
3335  * @addr:   memory base address
3336  *
3337  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
3338  * which was created from the page array passed to vmap().
3339  *
3340  * Must not be called in interrupt context.
3341  */
3342 void vunmap(const void *addr)
3343 {
3344         struct vm_struct *vm;
3345
3346         BUG_ON(in_interrupt());
3347         might_sleep();
3348
3349         if (!addr)
3350                 return;
3351         vm = remove_vm_area(addr);
3352         if (unlikely(!vm)) {
3353                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vunmap() nonexistent vm area (%p)\n",
3354                                 addr);
3355                 return;
3356         }
3357         kfree(vm);
3358 }
3359 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
3360
3361 /**
3362  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
3363  * @pages: array of page pointers
3364  * @count: number of pages to map
3365  * @flags: vm_area->flags
3366  * @prot: page protection for the mapping
3367  *
3368  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
3369  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
3370  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
3371  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
3372  * vfree() is called on the return value.
3373  *
3374  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3375  */
3376 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
3377            unsigned long flags, pgprot_t prot)
3378 {
3379         struct vm_struct *area;
3380         unsigned long addr;
3381         unsigned long size;             /* In bytes */
3382
3383         might_sleep();
3384
3385         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
3386                 return NULL;
3387
3388         /*
3389          * Your top guard is someone else's bottom guard. Not having a top
3390          * guard compromises someone else's mappings too.
3391          */
3392         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))
3393                 flags &= ~VM_NO_GUARD;
3394
3395         if (count > totalram_pages())
3396                 return NULL;
3397
3398         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
3399         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
3400         if (!area)
3401                 return NULL;
3402
3403         addr = (unsigned long)area->addr;
3404         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
3405                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
3406                 vunmap(area->addr);
3407                 return NULL;
3408         }
3409
3410         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
3411                 area->pages = pages;
3412                 area->nr_pages = count;
3413         }
3414         return area->addr;
3415 }
3416 EXPORT_SYMBOL(vmap);
3417
3418 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
3419 struct vmap_pfn_data {
3420         unsigned long   *pfns;
3421         pgprot_t        prot;
3422         unsigned int    idx;
3423 };
3424
3425 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
3426 {
3427         struct vmap_pfn_data *data = private;
3428         unsigned long pfn = data->pfns[data->idx];
3429         pte_t ptent;
3430
3431         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(pfn)))
3432                 return -EINVAL;
3433
3434         ptent = pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, data->prot));
3435         set_pte_at(&init_mm, addr, pte, ptent);
3436
3437         data->idx++;
3438         return 0;
3439 }
3440
3441 /**
3442  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
3443  * @pfns: array of PFNs
3444  * @count: number of pages to map
3445  * @prot: page protection for the mapping
3446  *
3447  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
3448  * the start address of the mapping.
3449  */
3450 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
3451 {
3452         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
3453         struct vm_struct *area;
3454
3455         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
3456                         __builtin_return_address(0));
3457         if (!area)
3458                 return NULL;
3459         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
3460                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
3461                 free_vm_area(area);
3462                 return NULL;
3463         }
3464
3465         flush_cache_vmap((unsigned long)area->addr,
3466                          (unsigned long)area->addr + count * PAGE_SIZE);
3467
3468         return area->addr;
3469 }
3470 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
3471 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
3472
3473 static inline unsigned int
3474 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
3475                 unsigned int order, unsigned int nr_pages, struct page **pages)
3476 {
3477         unsigned int nr_allocated = 0;
3478         gfp_t alloc_gfp = gfp;
3479         bool nofail = false;
3480         struct page *page;
3481         int i;
3482
3483         /*
3484          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
3485          * the page array is partly or not at all populated due
3486          * to fails, fallback to a single page allocator that is
3487          * more permissive.
3488          */
3489         if (!order) {
3490                 /* bulk allocator doesn't support nofail req. officially */
3491                 gfp_t bulk_gfp = gfp & ~__GFP_NOFAIL;
3492
3493                 while (nr_allocated < nr_pages) {
3494                         unsigned int nr, nr_pages_request;
3495
3496                         /*
3497                          * A maximum allowed request is hard-coded and is 100
3498                          * pages per call. That is done in order to prevent a
3499                          * long preemption off scenario in the bulk-allocator
3500                          * so the range is [1:100].
3501                          */
3502                         nr_pages_request = min(100U, nr_pages - nr_allocated);
3503
3504                         /* memory allocation should consider mempolicy, we can't
3505                          * wrongly use nearest node when nid == NUMA_NO_NODE,
3506                          * otherwise memory may be allocated in only one node,
3507                          * but mempolicy wants to alloc memory by interleaving.
3508                          */
3509                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && nid == NUMA_NO_NODE)
3510                                 nr = alloc_pages_bulk_array_mempolicy(bulk_gfp,
3511                                                         nr_pages_request,
3512                                                         pages + nr_allocated);
3513
3514                         else
3515                                 nr = alloc_pages_bulk_array_node(bulk_gfp, nid,
3516                                                         nr_pages_request,
3517                                                         pages + nr_allocated);
3518
3519                         nr_allocated += nr;
3520                         cond_resched();
3521
3522                         /*
3523                          * If zero or pages were obtained partly,
3524                          * fallback to a single page allocator.
3525                          */
3526                         if (nr != nr_pages_request)
3527                                 break;
3528                 }
3529         } else if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
3530                 /*
3531                  * Higher order nofail allocations are really expensive and
3532                  * potentially dangerous (pre-mature OOM, disruptive reclaim
3533                  * and compaction etc.
3534                  */
3535                 alloc_gfp &= ~__GFP_NOFAIL;
3536                 nofail = true;
3537         }
3538
3539         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
3540         while (nr_allocated < nr_pages) {
3541                 if (fatal_signal_pending(current))
3542                         break;
3543
3544                 if (nid == NUMA_NO_NODE)
3545                         page = alloc_pages(alloc_gfp, order);
3546                 else
3547                         page = alloc_pages_node(nid, alloc_gfp, order);
3548                 if (unlikely(!page)) {
3549                         if (!nofail)
3550                                 break;
3551
3552                         /* fall back to the zero order allocations */
3553                         alloc_gfp |= __GFP_NOFAIL;
3554                         order = 0;
3555                         continue;
3556                 }
3557
3558                 /*
3559                  * Higher order allocations must be able to be treated as
3560                  * indepdenent small pages by callers (as they can with
3561                  * small-page vmallocs). Some drivers do their own refcounting
3562                  * on vmalloc_to_page() pages, some use page->mapping,
3563                  * page->lru, etc.
3564                  */
3565                 if (order)
3566                         split_page(page, order);
3567
3568                 /*
3569                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
3570                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
3571                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
3572                  */
3573                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
3574                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
3575
3576                 cond_resched();
3577                 nr_allocated += 1U << order;
3578         }
3579
3580         return nr_allocated;
3581 }
3582
3583 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
3584                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
3585                                  int node)
3586 {
3587         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
3588         bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3589         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
3590         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
3591         unsigned long array_size;
3592         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
3593         unsigned int page_order;
3594         unsigned int flags;
3595         int ret;
3596
3597         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
3598
3599         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
3600                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3601
3602         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
3603         if (array_size > PAGE_SIZE) {
3604                 area->pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp, node,
3605                                         area->caller);
3606         } else {
3607                 area->pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
3608         }
3609
3610         if (!area->pages) {
3611                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3612                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
3613                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
3614                 free_vm_area(area);
3615                 return NULL;
3616         }
3617
3618         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
3619         page_order = vm_area_page_order(area);
3620
3621         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
3622                 node, page_order, nr_small_pages, area->pages);
3623
3624         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3625         if (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) {
3626                 int i;
3627
3628                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3629                         mod_memcg_page_state(area->pages[i], MEMCG_VMALLOC, 1);
3630         }
3631
3632         /*
3633          * If not enough pages were obtained to accomplish an
3634          * allocation request, free them via vfree() if any.
3635          */
3636         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
3637                 /*
3638                  * vm_area_alloc_pages() can fail due to insufficient memory but
3639                  * also:-
3640                  *
3641                  * - a pending fatal signal
3642                  * - insufficient huge page-order pages
3643                  *
3644                  * Since we always retry allocations at order-0 in the huge page
3645                  * case a warning for either is spurious.
3646                  */
3647                 if (!fatal_signal_pending(current) && page_order == 0)
3648                         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3649                                 "vmalloc error: size %lu, failed to allocate pages",
3650                                 area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3651                 goto fail;
3652         }
3653
3654         /*
3655          * page tables allocations ignore external gfp mask, enforce it
3656          * by the scope API
3657          */
3658         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3659                 flags = memalloc_nofs_save();
3660         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3661                 flags = memalloc_noio_save();
3662
3663         do {
3664                 ret = vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
3665                         page_shift);
3666                 if (nofail && (ret < 0))
3667                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3668         } while (nofail && (ret < 0));
3669
3670         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3671                 memalloc_nofs_restore(flags);
3672         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3673                 memalloc_noio_restore(flags);
3674
3675         if (ret < 0) {
3676                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3677                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
3678                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3679                 goto fail;
3680         }
3681
3682         return area->addr;
3683
3684 fail:
3685         vfree(area->addr);
3686         return NULL;
3687 }
3688
3689 /**
3690  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
3691  * @size:                 allocation size
3692  * @align:                desired alignment
3693  * @start:                vm area range start
3694  * @end:                  vm area range end
3695  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
3696  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
3697  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
3698  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3699  * @caller:               caller's return address
3700  *
3701  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3702  * allocator with @gfp_mask flags. Please note that the full set of gfp
3703  * flags are not supported. GFP_KERNEL, GFP_NOFS and GFP_NOIO are all
3704  * supported.
3705  * Zone modifiers are not supported. From the reclaim modifiers
3706  * __GFP_DIRECT_RECLAIM is required (aka GFP_NOWAIT is not supported)
3707  * and only __GFP_NOFAIL is supported (i.e. __GFP_NORETRY and
3708  * __GFP_RETRY_MAYFAIL are not supported).
3709  *
3710  * __GFP_NOWARN can be used to suppress failures messages.
3711  *
3712  * Map them into contiguous kernel virtual space, using a pagetable
3713  * protection of @prot.
3714  *
3715  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3716  */
3717 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
3718                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
3719                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
3720                         const void *caller)
3721 {
3722         struct vm_struct *area;
3723         void *ret;
3724         kasan_vmalloc_flags_t kasan_flags = KASAN_VMALLOC_NONE;
3725         unsigned long real_size = size;
3726         unsigned long real_align = align;
3727         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
3728
3729         if (WARN_ON_ONCE(!size))
3730                 return NULL;
3731
3732         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
3733                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3734                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
3735                         real_size);
3736                 return NULL;
3737         }
3738
3739         if (vmap_allow_huge && (vm_flags & VM_ALLOW_HUGE_VMAP)) {
3740                 unsigned long size_per_node;
3741
3742                 /*
3743                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
3744                  * others like modules don't yet expect huge pages in
3745                  * their allocations due to apply_to_page_range not
3746                  * supporting them.
3747                  */
3748
3749                 size_per_node = size;
3750                 if (node == NUMA_NO_NODE)
3751                         size_per_node /= num_online_nodes();
3752                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
3753                         shift = PMD_SHIFT;
3754                 else
3755                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
3756
3757                 align = max(real_align, 1UL << shift);
3758                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
3759         }
3760
3761 again:
3762         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
3763                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
3764                                   gfp_mask, caller);
3765         if (!area) {
3766                 bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3767                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3768                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed%s",
3769                         real_size, (nofail) ? ". Retrying." : "");
3770                 if (nofail) {
3771                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3772                         goto again;
3773                 }
3774                 goto fail;
3775         }
3776
3777         /*
3778          * Prepare arguments for __vmalloc_area_node() and
3779          * kasan_unpoison_vmalloc().
3780          */
3781         if (pgprot_val(prot) == pgprot_val(PAGE_KERNEL)) {
3782                 if (kasan_hw_tags_enabled()) {
3783                         /*
3784                          * Modify protection bits to allow tagging.
3785                          * This must be done before mapping.
3786                          */
3787                         prot = arch_vmap_pgprot_tagged(prot);
3788
3789                         /*
3790                          * Skip page_alloc poisoning and zeroing for physical
3791                          * pages backing VM_ALLOC mapping. Memory is instead
3792                          * poisoned and zeroed by kasan_unpoison_vmalloc().
3793                          */
3794                         gfp_mask |= __GFP_SKIP_KASAN | __GFP_SKIP_ZERO;
3795                 }
3796
3797                 /* Take note that the mapping is PAGE_KERNEL. */
3798                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL;
3799         }
3800
3801         /* Allocate physical pages and map them into vmalloc space. */
3802         ret = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
3803         if (!ret)
3804                 goto fail;
3805
3806         /*
3807          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
3808          * The condition for setting KASAN_VMALLOC_INIT should complement the
3809          * one in post_alloc_hook() with regards to the __GFP_SKIP_ZERO check
3810          * to make sure that memory is initialized under the same conditions.
3811          * Tag-based KASAN modes only assign tags to normal non-executable
3812          * allocations, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3813          */
3814         kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_VM_ALLOC;
3815         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_mask) &&
3816             (gfp_mask & __GFP_SKIP_ZERO))
3817                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_INIT;
3818         /* KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL already set if required. */
3819         area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, real_size, kasan_flags);
3820
3821         /*
3822          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
3823          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
3824          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
3825          */
3826         clear_vm_uninitialized_flag(area);
3827
3828         size = PAGE_ALIGN(size);
3829         if (!(vm_flags & VM_DEFER_KMEMLEAK))
3830                 kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
3831
3832         return area->addr;
3833
3834 fail:
3835         if (shift > PAGE_SHIFT) {
3836                 shift = PAGE_SHIFT;
3837                 align = real_align;
3838                 size = real_size;
3839                 goto again;
3840         }
3841
3842         return NULL;
3843 }
3844
3845 /**
3846  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3847  * @size:           allocation size
3848  * @align:          desired alignment
3849  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3850  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3851  * @caller:         caller's return address
3852  *
3853  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3854  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3855  *
3856  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3857  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3858  *
3859  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3860  * with mm people.
3861  *
3862  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3863  */
3864 void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
3865                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3866 {
3867         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3868                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3869 }
3870 /*
3871  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3872  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3873  * than that.
3874  */
3875 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3876 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node);
3877 #endif
3878
3879 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3880 {
3881         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3882                                 __builtin_return_address(0));
3883 }
3884 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
3885
3886 /**
3887  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3888  * @size:    allocation size
3889  *
3890  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3891  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3892  *
3893  * For tight control over page level allocator and protection flags
3894  * use __vmalloc() instead.
3895  *
3896  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3897  */
3898 void *vmalloc(unsigned long size)
3899 {
3900         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3901                                 __builtin_return_address(0));
3902 }
3903 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
3904
3905 /**
3906  * vmalloc_huge - allocate virtually contiguous memory, allow huge pages
3907  * @size:      allocation size
3908  * @gfp_mask:  flags for the page level allocator
3909  *
3910  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3911  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3912  * If @size is greater than or equal to PMD_SIZE, allow using
3913  * huge pages for the memory
3914  *
3915  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3916  */
3917 void *vmalloc_huge(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3918 {
3919         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3920                                     gfp_mask, PAGE_KERNEL, VM_ALLOW_HUGE_VMAP,
3921                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3922 }
3923 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_huge);
3924
3925 /**
3926  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3927  * @size:    allocation size
3928  *
3929  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3930  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3931  * The memory allocated is set to zero.
3932  *
3933  * For tight control over page level allocator and protection flags
3934  * use __vmalloc() instead.
3935  *
3936  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3937  */
3938 void *vzalloc(unsigned long size)
3939 {
3940         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3941                                 __builtin_return_address(0));
3942 }
3943 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
3944
3945 /**
3946  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3947  * @size: allocation size
3948  *
3949  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3950  * without leaking data.
3951  *
3952  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3953  */
3954 void *vmalloc_user(unsigned long size)
3955 {
3956         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3957                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3958                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3959                                     __builtin_return_address(0));
3960 }
3961 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
3962
3963 /**
3964  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3965  * @size:         allocation size
3966  * @node:         numa node
3967  *
3968  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3969  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3970  *
3971  * For tight control over page level allocator and protection flags
3972  * use __vmalloc() instead.
3973  *
3974  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3975  */
3976 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
3977 {
3978         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, node,
3979                         __builtin_return_address(0));
3980 }
3981 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
3982
3983 /**
3984  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
3985  * @size:       allocation size
3986  * @node:       numa node
3987  *
3988  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3989  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3990  * The memory allocated is set to zero.
3991  *
3992  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3993  */
3994 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
3995 {
3996         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
3997                                 __builtin_return_address(0));
3998 }
3999 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
4000
4001 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
4002 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4003 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
4004 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
4005 #else
4006 /*
4007  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
4008  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
4009  */
4010 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
4011 #endif
4012
4013 /**
4014  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
4015  * @size:       allocation size
4016  *
4017  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
4018  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
4019  *
4020  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4021  */
4022 void *vmalloc_32(unsigned long size)
4023 {
4024         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
4025                         __builtin_return_address(0));
4026 }
4027 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
4028
4029 /**
4030  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
4031  * @size:            allocation size
4032  *
4033  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
4034  * mapped to userspace without leaking data.
4035  *
4036  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
4037  */
4038 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
4039 {
4040         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
4041                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
4042                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
4043                                     __builtin_return_address(0));
4044 }
4045 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
4046
4047 /*
4048  * Atomically zero bytes in the iterator.
4049  *
4050  * Returns the number of zeroed bytes.
4051  */
4052 static size_t zero_iter(struct iov_iter *iter, size_t count)
4053 {
4054         size_t remains = count;
4055
4056         while (remains > 0) {
4057                 size_t num, copied;
4058
4059                 num = min_t(size_t, remains, PAGE_SIZE);
4060                 copied = copy_page_to_iter_nofault(ZERO_PAGE(0), 0, num, iter);
4061                 remains -= copied;
4062
4063                 if (copied < num)
4064                         break;
4065         }
4066
4067         return count - remains;
4068 }
4069
4070 /*
4071  * small helper routine, copy contents to iter from addr.
4072  * If the page is not present, fill zero.
4073  *
4074  * Returns the number of copied bytes.
4075  */
4076 static size_t aligned_vread_iter(struct iov_iter *iter,
4077                                  const char *addr, size_t count)
4078 {
4079         size_t remains = count;
4080         struct page *page;
4081
4082         while (remains > 0) {
4083                 unsigned long offset, length;
4084                 size_t copied = 0;
4085
4086                 offset = offset_in_page(addr);
4087                 length = PAGE_SIZE - offset;
4088                 if (length > remains)
4089                         length = remains;
4090                 page = vmalloc_to_page(addr);
4091                 /*
4092                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need lock. But
4093                  * adding lock here means that we need to add overhead of
4094                  * vmalloc()/vfree() calls for this _debug_ interface, rarely
4095                  * used. Instead of that, we'll use an local mapping via
4096                  * copy_page_to_iter_nofault() and accept a small overhead in
4097                  * this access function.
4098                  */
4099                 if (page)
4100                         copied = copy_page_to_iter_nofault(page, offset,
4101                                                            length, iter);
4102                 else
4103                         copied = zero_iter(iter, length);
4104
4105                 addr += copied;
4106                 remains -= copied;
4107
4108                 if (copied != length)
4109                         break;
4110         }
4111
4112         return count - remains;
4113 }
4114
4115 /*
4116  * Read from a vm_map_ram region of memory.
4117  *
4118  * Returns the number of copied bytes.
4119  */
4120 static size_t vmap_ram_vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr,
4121                                   size_t count, unsigned long flags)
4122 {
4123         char *start;
4124         struct vmap_block *vb;
4125         struct xarray *xa;
4126         unsigned long offset;
4127         unsigned int rs, re;
4128         size_t remains, n;
4129
4130         /*
4131          * If it's area created by vm_map_ram() interface directly, but
4132          * not further subdividing and delegating management to vmap_block,
4133          * handle it here.
4134          */
4135         if (!(flags & VMAP_BLOCK))
4136                 return aligned_vread_iter(iter, addr, count);
4137
4138         remains = count;
4139
4140         /*
4141          * Area is split into regions and tracked with vmap_block, read out
4142          * each region and zero fill the hole between regions.
4143          */
4144         xa = addr_to_vb_xa((unsigned long) addr);
4145         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx((unsigned long)addr));
4146         if (!vb)
4147                 goto finished_zero;
4148
4149         spin_lock(&vb->lock);
4150         if (bitmap_empty(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS)) {
4151                 spin_unlock(&vb->lock);
4152                 goto finished_zero;
4153         }
4154
4155         for_each_set_bitrange(rs, re, vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS) {
4156                 size_t copied;
4157
4158                 if (remains == 0)
4159                         goto finished;
4160
4161                 start = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, rs);
4162
4163                 if (addr < start) {
4164                         size_t to_zero = min_t(size_t, start - addr, remains);
4165                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4166
4167                         addr += zeroed;
4168                         remains -= zeroed;
4169
4170                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4171                                 goto finished;
4172                 }
4173
4174                 /*it could start reading from the middle of used region*/
4175                 offset = offset_in_page(addr);
4176                 n = ((re - rs + 1) << PAGE_SHIFT) - offset;
4177                 if (n > remains)
4178                         n = remains;
4179
4180                 copied = aligned_vread_iter(iter, start + offset, n);
4181
4182                 addr += copied;
4183                 remains -= copied;
4184
4185                 if (copied != n)
4186                         goto finished;
4187         }
4188
4189         spin_unlock(&vb->lock);
4190
4191 finished_zero:
4192         /* zero-fill the left dirty or free regions */
4193         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4194 finished:
4195         /* We couldn't copy/zero everything */
4196         spin_unlock(&vb->lock);
4197         return count - remains;
4198 }
4199
4200 /**
4201  * vread_iter() - read vmalloc area in a safe way to an iterator.
4202  * @iter:         the iterator to which data should be written.
4203  * @addr:         vm address.
4204  * @count:        number of bytes to be read.
4205  *
4206  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4207  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
4208  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
4209  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
4210  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
4211  *
4212  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
4213  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
4214  *
4215  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
4216  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
4217  * This is for routines which have to access vmalloc area without
4218  * any information, as /proc/kcore.
4219  *
4220  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
4221  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
4222  * include any intersection with valid vmalloc area
4223  */
4224 long vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr, size_t count)
4225 {
4226         struct vmap_node *vn;
4227         struct vmap_area *va;
4228         struct vm_struct *vm;
4229         char *vaddr;
4230         size_t n, size, flags, remains;
4231         unsigned long next;
4232
4233         addr = kasan_reset_tag(addr);
4234
4235         /* Don't allow overflow */
4236         if ((unsigned long) addr + count < count)
4237                 count = -(unsigned long) addr;
4238
4239         remains = count;
4240
4241         vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock((unsigned long) addr, &va);
4242         if (!vn)
4243                 goto finished_zero;
4244
4245         /* no intersects with alive vmap_area */
4246         if ((unsigned long)addr + remains <= va->va_start)
4247                 goto finished_zero;
4248
4249         do {
4250                 size_t copied;
4251
4252                 if (remains == 0)
4253                         goto finished;
4254
4255                 vm = va->vm;
4256                 flags = va->flags & VMAP_FLAGS_MASK;
4257                 /*
4258                  * VMAP_BLOCK indicates a sub-type of vm_map_ram area, need
4259                  * be set together with VMAP_RAM.
4260                  */
4261                 WARN_ON(flags == VMAP_BLOCK);
4262
4263                 if (!vm && !flags)
4264                         goto next_va;
4265
4266                 if (vm && (vm->flags & VM_UNINITIALIZED))
4267                         goto next_va;
4268
4269                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4270                 smp_rmb();
4271
4272                 vaddr = (char *) va->va_start;
4273                 size = vm ? get_vm_area_size(vm) : va_size(va);
4274
4275                 if (addr >= vaddr + size)
4276                         goto next_va;
4277
4278                 if (addr < vaddr) {
4279                         size_t to_zero = min_t(size_t, vaddr - addr, remains);
4280                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
4281
4282                         addr += zeroed;
4283                         remains -= zeroed;
4284
4285                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
4286                                 goto finished;
4287                 }
4288
4289                 n = vaddr + size - addr;
4290                 if (n > remains)
4291                         n = remains;
4292
4293                 if (flags & VMAP_RAM)
4294                         copied = vmap_ram_vread_iter(iter, addr, n, flags);
4295                 else if (!(vm && (vm->flags & (VM_IOREMAP | VM_SPARSE))))
4296                         copied = aligned_vread_iter(iter, addr, n);
4297                 else /* IOREMAP | SPARSE area is treated as memory hole */
4298                         copied = zero_iter(iter, n);
4299
4300                 addr += copied;
4301                 remains -= copied;
4302
4303                 if (copied != n)
4304                         goto finished;
4305
4306         next_va:
4307                 next = va->va_end;
4308                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4309         } while ((vn = find_vmap_area_exceed_addr_lock(next, &va)));
4310
4311 finished_zero:
4312         if (vn)
4313                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4314
4315         /* zero-fill memory holes */
4316         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
4317 finished:
4318         /* Nothing remains, or We couldn't copy/zero everything. */
4319         if (vn)
4320                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4321
4322         return count - remains;
4323 }
4324
4325 /**
4326  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
4327  * @vma:                vma to cover
4328  * @uaddr:              target user address to start at
4329  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
4330  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
4331  * @size:               size of map area
4332  *
4333  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4334  *
4335  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
4336  * and that it is big enough to cover the range starting at
4337  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
4338  * met.
4339  *
4340  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4341  */
4342 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
4343                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
4344                                 unsigned long size)
4345 {
4346         struct vm_struct *area;
4347         unsigned long off;
4348         unsigned long end_index;
4349
4350         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
4351                 return -EINVAL;
4352
4353         size = PAGE_ALIGN(size);
4354
4355         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
4356                 return -EINVAL;
4357
4358         area = find_vm_area(kaddr);
4359         if (!area)
4360                 return -EINVAL;
4361
4362         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
4363                 return -EINVAL;
4364
4365         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
4366             end_index > get_vm_area_size(area))
4367                 return -EINVAL;
4368         kaddr += off;
4369
4370         do {
4371                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
4372                 int ret;
4373
4374                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
4375                 if (ret)
4376                         return ret;
4377
4378                 uaddr += PAGE_SIZE;
4379                 kaddr += PAGE_SIZE;
4380                 size -= PAGE_SIZE;
4381         } while (size > 0);
4382
4383         vm_flags_set(vma, VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP);
4384
4385         return 0;
4386 }
4387
4388 /**
4389  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
4390  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
4391  * @addr:               vmalloc memory
4392  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
4393  *
4394  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
4395  *
4396  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
4397  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
4398  * that criteria isn't met.
4399  *
4400  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
4401  */
4402 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
4403                                                 unsigned long pgoff)
4404 {
4405         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
4406                                            addr, pgoff,
4407                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
4408 }
4409 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
4410
4411 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
4412 {
4413         struct vm_struct *ret;
4414         ret = remove_vm_area(area->addr);
4415         BUG_ON(ret != area);
4416         kfree(area);
4417 }
4418 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
4419
4420 #ifdef CONFIG_SMP
4421 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
4422 {
4423         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
4424 }
4425
4426 /**
4427  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
4428  * @addr: target address
4429  *
4430  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
4431  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
4432  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
4433  *   if there are no any areas before @addr.
4434  */
4435 static struct vmap_area *
4436 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
4437 {
4438         struct vmap_area *va, *tmp;
4439         struct rb_node *n;
4440
4441         n = free_vmap_area_root.rb_node;
4442         va = NULL;
4443
4444         while (n) {
4445                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
4446                 if (tmp->va_start <= addr) {
4447                         va = tmp;
4448                         if (tmp->va_end >= addr)
4449                                 break;
4450
4451                         n = n->rb_right;
4452                 } else {
4453                         n = n->rb_left;
4454                 }
4455         }
4456
4457         return va;
4458 }
4459
4460 /**
4461  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
4462  * of free block below VMALLOC_END
4463  * @va:
4464  *   in - the VA we start the search(reverse order);
4465  *   out - the VA with the highest aligned end address.
4466  * @align: alignment for required highest address
4467  *
4468  * Returns: determined end address within vmap_area
4469  */
4470 static unsigned long
4471 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
4472 {
4473         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4474         unsigned long addr;
4475
4476         if (likely(*va)) {
4477                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
4478                                 &free_vmap_area_list, list) {
4479                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
4480                         if ((*va)->va_start < addr)
4481                                 return addr;
4482                 }
4483         }
4484
4485         return 0;
4486 }
4487
4488 /**
4489  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
4490  * @offsets: array containing offset of each area
4491  * @sizes: array containing size of each area
4492  * @nr_vms: the number of areas to allocate
4493  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
4494  *
4495  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
4496  *          vm_structs on success, %NULL on failure
4497  *
4498  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
4499  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
4500  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
4501  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
4502  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
4503  * areas are allocated from top.
4504  *
4505  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
4506  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
4507  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
4508  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
4509  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
4510  * and the result is returned.
4511  */
4512 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
4513                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
4514                                      size_t align)
4515 {
4516         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
4517         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4518         struct vmap_area **vas, *va;
4519         struct vm_struct **vms;
4520         int area, area2, last_area, term_area;
4521         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
4522         bool purged = false;
4523
4524         /* verify parameters and allocate data structures */
4525         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
4526         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
4527                 start = offsets[area];
4528                 end = start + sizes[area];
4529
4530                 /* is everything aligned properly? */
4531                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
4532                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
4533
4534                 /* detect the area with the highest address */
4535                 if (start > offsets[last_area])
4536                         last_area = area;
4537
4538                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
4539                         unsigned long start2 = offsets[area2];
4540                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
4541
4542                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
4543                 }
4544         }
4545         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
4546
4547         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
4548                 WARN_ON(true);
4549                 return NULL;
4550         }
4551
4552         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
4553         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
4554         if (!vas || !vms)
4555                 goto err_free2;
4556
4557         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4558                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4559                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
4560                 if (!vas[area] || !vms[area])
4561                         goto err_free;
4562         }
4563 retry:
4564         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4565
4566         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
4567         area = term_area = last_area;
4568         start = offsets[area];
4569         end = start + sizes[area];
4570
4571         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
4572         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4573
4574         while (true) {
4575                 /*
4576                  * base might have underflowed, add last_end before
4577                  * comparing.
4578                  */
4579                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
4580                         goto overflow;
4581
4582                 /*
4583                  * Fitting base has not been found.
4584                  */
4585                 if (va == NULL)
4586                         goto overflow;
4587
4588                 /*
4589                  * If required width exceeds current VA block, move
4590                  * base downwards and then recheck.
4591                  */
4592                 if (base + end > va->va_end) {
4593                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4594                         term_area = area;
4595                         continue;
4596                 }
4597
4598                 /*
4599                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
4600                  */
4601                 if (base + start < va->va_start) {
4602                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
4603                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4604                         term_area = area;
4605                         continue;
4606                 }
4607
4608                 /*
4609                  * This area fits, move on to the previous one.  If
4610                  * the previous one is the terminal one, we're done.
4611                  */
4612                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
4613                 if (area == term_area)
4614                         break;
4615
4616                 start = offsets[area];
4617                 end = start + sizes[area];
4618                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
4619         }
4620
4621         /* we've found a fitting base, insert all va's */
4622         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4623                 int ret;
4624
4625                 start = base + offsets[area];
4626                 size = sizes[area];
4627
4628                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
4629                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
4630                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4631                         goto recovery;
4632
4633                 ret = va_clip(&free_vmap_area_root,
4634                         &free_vmap_area_list, va, start, size);
4635                 if (WARN_ON_ONCE(unlikely(ret)))
4636                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4637                         goto recovery;
4638
4639                 /* Allocated area. */
4640                 va = vas[area];
4641                 va->va_start = start;
4642                 va->va_end = start + size;
4643         }
4644
4645         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4646
4647         /* populate the kasan shadow space */
4648         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4649                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
4650                         goto err_free_shadow;
4651         }
4652
4653         /* insert all vm's */
4654         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4655                 struct vmap_node *vn = addr_to_node(vas[area]->va_start);
4656
4657                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4658                 insert_vmap_area(vas[area], &vn->busy.root, &vn->busy.head);
4659                 setup_vmalloc_vm_locked(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
4660                                  pcpu_get_vm_areas);
4661                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4662         }
4663
4664         /*
4665          * Mark allocated areas as accessible. Do it now as a best-effort
4666          * approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
4667          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
4668          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
4669          */
4670         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
4671                 vms[area]->addr = kasan_unpoison_vmalloc(vms[area]->addr,
4672                                 vms[area]->size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
4673
4674         kfree(vas);
4675         return vms;
4676
4677 recovery:
4678         /*
4679          * Remove previously allocated areas. There is no
4680          * need in removing these areas from the busy tree,
4681          * because they are inserted only on the final step
4682          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
4683          */
4684         while (area--) {
4685                 orig_start = vas[area]->va_start;
4686                 orig_end = vas[area]->va_end;
4687                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4688                                 &free_vmap_area_list);
4689                 if (va)
4690                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4691                                 va->va_start, va->va_end);
4692                 vas[area] = NULL;
4693         }
4694
4695 overflow:
4696         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4697         if (!purged) {
4698                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
4699                 purged = true;
4700
4701                 /* Before "retry", check if we recover. */
4702                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4703                         if (vas[area])
4704                                 continue;
4705
4706                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
4707                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4708                         if (!vas[area])
4709                                 goto err_free;
4710                 }
4711
4712                 goto retry;
4713         }
4714
4715 err_free:
4716         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4717                 if (vas[area])
4718                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
4719
4720                 kfree(vms[area]);
4721         }
4722 err_free2:
4723         kfree(vas);
4724         kfree(vms);
4725         return NULL;
4726
4727 err_free_shadow:
4728         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4729         /*
4730          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
4731          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
4732          * being able to tolerate this case.
4733          */
4734         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4735                 orig_start = vas[area]->va_start;
4736                 orig_end = vas[area]->va_end;
4737                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4738                                 &free_vmap_area_list);
4739                 if (va)
4740                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4741                                 va->va_start, va->va_end);
4742                 vas[area] = NULL;
4743                 kfree(vms[area]);
4744         }
4745         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4746         kfree(vas);
4747         kfree(vms);
4748         return NULL;
4749 }
4750
4751 /**
4752  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
4753  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
4754  * @nr_vms: the number of allocated areas
4755  *
4756  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
4757  */
4758 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
4759 {
4760         int i;
4761
4762         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
4763                 free_vm_area(vms[i]);
4764         kfree(vms);
4765 }
4766 #endif  /* CONFIG_SMP */
4767
4768 #ifdef CONFIG_PRINTK
4769 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
4770 {
4771         const void *caller;
4772         struct vm_struct *vm;
4773         struct vmap_area *va;
4774         struct vmap_node *vn;
4775         unsigned long addr;
4776         unsigned int nr_pages;
4777
4778         addr = PAGE_ALIGN((unsigned long) object);
4779         vn = addr_to_node(addr);
4780
4781         if (!spin_trylock(&vn->busy.lock))
4782                 return false;
4783
4784         va = __find_vmap_area(addr, &vn->busy.root);
4785         if (!va || !va->vm) {
4786                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4787                 return false;
4788         }
4789
4790         vm = va->vm;
4791         addr = (unsigned long) vm->addr;
4792         caller = vm->caller;
4793         nr_pages = vm->nr_pages;
4794         spin_unlock(&vn->busy.lock);
4795
4796         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
4797                 nr_pages, addr, caller);
4798
4799         return true;
4800 }
4801 #endif
4802
4803 #ifdef CONFIG_PROC_FS
4804 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
4805 {
4806         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
4807                 unsigned int nr, *counters = m->private;
4808                 unsigned int step = 1U << vm_area_page_order(v);
4809
4810                 if (!counters)
4811                         return;
4812
4813                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
4814                         return;
4815                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4816                 smp_rmb();
4817
4818                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
4819
4820                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr += step)
4821                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])] += step;
4822                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
4823                         if (counters[nr])
4824                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
4825         }
4826 }
4827
4828 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
4829 {
4830         struct vmap_node *vn;
4831         struct vmap_area *va;
4832         int i;
4833
4834         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4835                 vn = &vmap_nodes[i];
4836
4837                 spin_lock(&vn->lazy.lock);
4838                 list_for_each_entry(va, &vn->lazy.head, list) {
4839                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
4840                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4841                                 va->va_end - va->va_start);
4842                 }
4843                 spin_unlock(&vn->lazy.lock);
4844         }
4845 }
4846
4847 static int vmalloc_info_show(struct seq_file *m, void *p)
4848 {
4849         struct vmap_node *vn;
4850         struct vmap_area *va;
4851         struct vm_struct *v;
4852         int i;
4853
4854         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
4855                 vn = &vmap_nodes[i];
4856
4857                 spin_lock(&vn->busy.lock);
4858                 list_for_each_entry(va, &vn->busy.head, list) {
4859                         if (!va->vm) {
4860                                 if (va->flags & VMAP_RAM)
4861                                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
4862                                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4863                                                 va->va_end - va->va_start);
4864
4865                                 continue;
4866                         }
4867
4868                         v = va->vm;
4869
4870                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
4871                                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
4872
4873                         if (v->caller)
4874                                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
4875
4876                         if (v->nr_pages)
4877                                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
4878
4879                         if (v->phys_addr)
4880                                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
4881
4882                         if (v->flags & VM_IOREMAP)
4883                                 seq_puts(m, " ioremap");
4884
4885                         if (v->flags & VM_SPARSE)
4886                                 seq_puts(m, " sparse");
4887
4888                         if (v->flags & VM_ALLOC)
4889                                 seq_puts(m, " vmalloc");
4890
4891                         if (v->flags & VM_MAP)
4892                                 seq_puts(m, " vmap");
4893
4894                         if (v->flags & VM_USERMAP)
4895                                 seq_puts(m, " user");
4896
4897                         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
4898                                 seq_puts(m, " dma-coherent");
4899
4900                         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
4901                                 seq_puts(m, " vpages");
4902
4903                         show_numa_info(m, v);
4904                         seq_putc(m, '\n');
4905                 }
4906                 spin_unlock(&vn->busy.lock);
4907         }
4908
4909         /*
4910          * As a final step, dump "unpurged" areas.
4911          */
4912         show_purge_info(m);
4913         return 0;
4914 }
4915
4916 static int __init proc_vmalloc_init(void)
4917 {
4918         void *priv_data = NULL;
4919
4920         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4921                 priv_data = kmalloc(nr_node_ids * sizeof(unsigned int), GFP_KERNEL);
4922
4923         proc_create_single_data("vmallocinfo",
4924                 0400, NULL, vmalloc_info_show, priv_data);
4925
4926         return 0;
4927 }
4928 module_init(proc_vmalloc_init);
4929
4930 #endif
4931
4932 static void __init vmap_init_free_space(void)
4933 {
4934         unsigned long vmap_start = 1;
4935         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
4936         struct vmap_area *free;
4937         struct vm_struct *busy;
4938
4939         /*
4940          *     B     F     B     B     B     F
4941          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
4942          *  |           The KVA space           |
4943          *  |<--------------------------------->|
4944          */
4945         for (busy = vmlist; busy; busy = busy->next) {
4946                 if ((unsigned long) busy->addr - vmap_start > 0) {
4947                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4948                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4949                                 free->va_start = vmap_start;
4950                                 free->va_end = (unsigned long) busy->addr;
4951
4952                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4953                                         &free_vmap_area_root,
4954                                                 &free_vmap_area_list);
4955                         }
4956                 }
4957
4958                 vmap_start = (unsigned long) busy->addr + busy->size;
4959         }
4960
4961         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
4962                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4963                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
4964                         free->va_start = vmap_start;
4965                         free->va_end = vmap_end;
4966
4967                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
4968                                 &free_vmap_area_root,
4969                                         &free_vmap_area_list);
4970                 }
4971         }
4972 }
4973
4974 static void vmap_init_nodes(void)
4975 {
4976         struct vmap_node *vn;
4977         int i, n;
4978
4979 #if BITS_PER_LONG == 64
4980         /*
4981          * A high threshold of max nodes is fixed and bound to 128,
4982          * thus a scale factor is 1 for systems where number of cores
4983          * are less or equal to specified threshold.
4984          *
4985          * As for NUMA-aware notes. For bigger systems, for example
4986          * NUMA with multi-sockets, where we can end-up with thousands
4987          * of cores in total, a "sub-numa-clustering" should be added.
4988          *
4989          * In this case a NUMA domain is considered as a single entity
4990          * with dedicated sub-nodes in it which describe one group or
4991          * set of cores. Therefore a per-domain purging is supposed to
4992          * be added as well as a per-domain balancing.
4993          */
4994         n = clamp_t(unsigned int, num_possible_cpus(), 1, 128);
4995
4996         if (n > 1) {
4997                 vn = kmalloc_array(n, sizeof(*vn), GFP_NOWAIT | __GFP_NOWARN);
4998                 if (vn) {
4999                         /* Node partition is 16 pages. */
5000                         vmap_zone_size = (1 << 4) * PAGE_SIZE;
5001                         nr_vmap_nodes = n;
5002                         vmap_nodes = vn;
5003                 } else {
5004                         pr_err("Failed to allocate an array. Disable a node layer\n");
5005                 }
5006         }
5007 #endif
5008
5009         for (n = 0; n < nr_vmap_nodes; n++) {
5010                 vn = &vmap_nodes[n];
5011                 vn->busy.root = RB_ROOT;
5012                 INIT_LIST_HEAD(&vn->busy.head);
5013                 spin_lock_init(&vn->busy.lock);
5014
5015                 vn->lazy.root = RB_ROOT;
5016                 INIT_LIST_HEAD(&vn->lazy.head);
5017                 spin_lock_init(&vn->lazy.lock);
5018
5019                 for (i = 0; i < MAX_VA_SIZE_PAGES; i++) {
5020                         INIT_LIST_HEAD(&vn->pool[i].head);
5021                         WRITE_ONCE(vn->pool[i].len, 0);
5022                 }
5023
5024                 spin_lock_init(&vn->pool_lock);
5025         }
5026 }
5027
5028 static unsigned long
5029 vmap_node_shrink_count(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5030 {
5031         unsigned long count;
5032         struct vmap_node *vn;
5033         int i, j;
5034
5035         for (count = 0, i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++) {
5036                 vn = &vmap_nodes[i];
5037
5038                 for (j = 0; j < MAX_VA_SIZE_PAGES; j++)
5039                         count += READ_ONCE(vn->pool[j].len);
5040         }
5041
5042         return count ? count : SHRINK_EMPTY;
5043 }
5044
5045 static unsigned long
5046 vmap_node_shrink_scan(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
5047 {
5048         int i;
5049
5050         for (i = 0; i < nr_vmap_nodes; i++)
5051                 decay_va_pool_node(&vmap_nodes[i], true);
5052
5053         return SHRINK_STOP;
5054 }
5055
5056 void __init vmalloc_init(void)
5057 {
5058         struct shrinker *vmap_node_shrinker;
5059         struct vmap_area *va;
5060         struct vmap_node *vn;
5061         struct vm_struct *tmp;
5062         int i;
5063
5064         /*
5065          * Create the cache for vmap_area objects.
5066          */
5067         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
5068
5069         for_each_possible_cpu(i) {
5070                 struct vmap_block_queue *vbq;
5071                 struct vfree_deferred *p;
5072
5073                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
5074                 spin_lock_init(&vbq->lock);
5075                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
5076                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
5077                 init_llist_head(&p->list);
5078                 INIT_WORK(&p->wq, delayed_vfree_work);
5079                 xa_init(&vbq->vmap_blocks);
5080         }
5081
5082         /*
5083          * Setup nodes before importing vmlist.
5084          */
5085         vmap_init_nodes();
5086
5087         /* Import existing vmlist entries. */
5088         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
5089                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
5090                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
5091                         continue;
5092
5093                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
5094                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
5095                 va->vm = tmp;
5096
5097                 vn = addr_to_node(va->va_start);
5098                 insert_vmap_area(va, &vn->busy.root, &vn->busy.head);
5099         }
5100
5101         /*
5102          * Now we can initialize a free vmap space.
5103          */
5104         vmap_init_free_space();
5105         vmap_initialized = true;
5106
5107         vmap_node_shrinker = shrinker_alloc(0, "vmap-node");
5108         if (!vmap_node_shrinker) {
5109                 pr_err("Failed to allocate vmap-node shrinker!\n");
5110                 return;
5111         }
5112
5113         vmap_node_shrinker->count_objects = vmap_node_shrink_count;
5114         vmap_node_shrinker->scan_objects = vmap_node_shrink_scan;
5115         shrinker_register(vmap_node_shrinker);
5116 }