tools headers UAPI: Sync linux/prctl.h with the kernel sources
[linux-2.6-microblaze.git] / mm / slub.c
index e9d582e..3d2025f 100644 (file)
--- a/mm/slub.c
+++ b/mm/slub.c
 /*
  * Lock order:
  *   1. slab_mutex (Global Mutex)
- *   2. node->list_lock
- *   3. slab_lock(page) (Only on some arches and for debugging)
+ *   2. node->list_lock (Spinlock)
+ *   3. kmem_cache->cpu_slab->lock (Local lock)
+ *   4. slab_lock(page) (Only on some arches or for debugging)
+ *   5. object_map_lock (Only for debugging)
  *
  *   slab_mutex
  *
  *   The role of the slab_mutex is to protect the list of all the slabs
  *   and to synchronize major metadata changes to slab cache structures.
+ *   Also synchronizes memory hotplug callbacks.
+ *
+ *   slab_lock
+ *
+ *   The slab_lock is a wrapper around the page lock, thus it is a bit
+ *   spinlock.
  *
  *   The slab_lock is only used for debugging and on arches that do not
  *   have the ability to do a cmpxchg_double. It only protects:
@@ -61,6 +69,8 @@
  *     C. page->objects        -> Number of objects in page
  *     D. page->frozen         -> frozen state
  *
+ *   Frozen slabs
+ *
  *   If a slab is frozen then it is exempt from list management. It is not
  *   on any list except per cpu partial list. The processor that froze the
  *   slab is the one who can perform list operations on the page. Other
@@ -68,6 +78,8 @@
  *   froze the slab is the only one that can retrieve the objects from the
  *   page's freelist.
  *
+ *   list_lock
+ *
  *   The list_lock protects the partial and full list on each node and
  *   the partial slab counter. If taken then no new slabs may be added or
  *   removed from the lists nor make the number of partial slabs be modified.
  *   slabs, operations can continue without any centralized lock. F.e.
  *   allocating a long series of objects that fill up slabs does not require
  *   the list lock.
- *   Interrupts are disabled during allocation and deallocation in order to
- *   make the slab allocator safe to use in the context of an irq. In addition
- *   interrupts are disabled to ensure that the processor does not change
- *   while handling per_cpu slabs, due to kernel preemption.
+ *
+ *   cpu_slab->lock local lock
+ *
+ *   This locks protect slowpath manipulation of all kmem_cache_cpu fields
+ *   except the stat counters. This is a percpu structure manipulated only by
+ *   the local cpu, so the lock protects against being preempted or interrupted
+ *   by an irq. Fast path operations rely on lockless operations instead.
+ *   On PREEMPT_RT, the local lock does not actually disable irqs (and thus
+ *   prevent the lockless operations), so fastpath operations also need to take
+ *   the lock and are no longer lockless.
+ *
+ *   lockless fastpaths
+ *
+ *   The fast path allocation (slab_alloc_node()) and freeing (do_slab_free())
+ *   are fully lockless when satisfied from the percpu slab (and when
+ *   cmpxchg_double is possible to use, otherwise slab_lock is taken).
+ *   They also don't disable preemption or migration or irqs. They rely on
+ *   the transaction id (tid) field to detect being preempted or moved to
+ *   another cpu.
+ *
+ *   irq, preemption, migration considerations
+ *
+ *   Interrupts are disabled as part of list_lock or local_lock operations, or
+ *   around the slab_lock operation, in order to make the slab allocator safe
+ *   to use in the context of an irq.
+ *
+ *   In addition, preemption (or migration on PREEMPT_RT) is disabled in the
+ *   allocation slowpath, bulk allocation, and put_cpu_partial(), so that the
+ *   local cpu doesn't change in the process and e.g. the kmem_cache_cpu pointer
+ *   doesn't have to be revalidated in each section protected by the local lock.
  *
  * SLUB assigns one slab for allocation to each processor.
  * Allocations only occur from these slabs called cpu slabs.
  *                     the fast path and disables lockless freelists.
  */
 
+/*
+ * We could simply use migrate_disable()/enable() but as long as it's a
+ * function call even on !PREEMPT_RT, use inline preempt_disable() there.
+ */
+#ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
+#define slub_get_cpu_ptr(var)  get_cpu_ptr(var)
+#define slub_put_cpu_ptr(var)  put_cpu_ptr(var)
+#else
+#define slub_get_cpu_ptr(var)          \
+({                                     \
+       migrate_disable();              \
+       this_cpu_ptr(var);              \
+})
+#define slub_put_cpu_ptr(var)          \
+do {                                   \
+       (void)(var);                    \
+       migrate_enable();               \
+} while (0)
+#endif
+
 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG_ON
 DEFINE_STATIC_KEY_TRUE(slub_debug_enabled);
@@ -359,25 +417,44 @@ static inline unsigned int oo_objects(struct kmem_cache_order_objects x)
 /*
  * Per slab locking using the pagelock
  */
-static __always_inline void slab_lock(struct page *page)
+static __always_inline void __slab_lock(struct page *page)
 {
        VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
        bit_spin_lock(PG_locked, &page->flags);
 }
 
-static __always_inline void slab_unlock(struct page *page)
+static __always_inline void __slab_unlock(struct page *page)
 {
        VM_BUG_ON_PAGE(PageTail(page), page);
        __bit_spin_unlock(PG_locked, &page->flags);
 }
 
-/* Interrupts must be disabled (for the fallback code to work right) */
+static __always_inline void slab_lock(struct page *page, unsigned long *flags)
+{
+       if (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT))
+               local_irq_save(*flags);
+       __slab_lock(page);
+}
+
+static __always_inline void slab_unlock(struct page *page, unsigned long *flags)
+{
+       __slab_unlock(page);
+       if (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT))
+               local_irq_restore(*flags);
+}
+
+/*
+ * Interrupts must be disabled (for the fallback code to work right), typically
+ * by an _irqsave() lock variant. Except on PREEMPT_RT where locks are different
+ * so we disable interrupts as part of slab_[un]lock().
+ */
 static inline bool __cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
                void *freelist_old, unsigned long counters_old,
                void *freelist_new, unsigned long counters_new,
                const char *n)
 {
-       VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
+       if (!IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT))
+               lockdep_assert_irqs_disabled();
 #if defined(CONFIG_HAVE_CMPXCHG_DOUBLE) && \
     defined(CONFIG_HAVE_ALIGNED_STRUCT_PAGE)
        if (s->flags & __CMPXCHG_DOUBLE) {
@@ -388,15 +465,18 @@ static inline bool __cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page
        } else
 #endif
        {
-               slab_lock(page);
+               /* init to 0 to prevent spurious warnings */
+               unsigned long flags = 0;
+
+               slab_lock(page, &flags);
                if (page->freelist == freelist_old &&
                                        page->counters == counters_old) {
                        page->freelist = freelist_new;
                        page->counters = counters_new;
-                       slab_unlock(page);
+                       slab_unlock(page, &flags);
                        return true;
                }
-               slab_unlock(page);
+               slab_unlock(page, &flags);
        }
 
        cpu_relax();
@@ -427,16 +507,16 @@ static inline bool cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
                unsigned long flags;
 
                local_irq_save(flags);
-               slab_lock(page);
+               __slab_lock(page);
                if (page->freelist == freelist_old &&
                                        page->counters == counters_old) {
                        page->freelist = freelist_new;
                        page->counters = counters_new;
-                       slab_unlock(page);
+                       __slab_unlock(page);
                        local_irq_restore(flags);
                        return true;
                }
-               slab_unlock(page);
+               __slab_unlock(page);
                local_irq_restore(flags);
        }
 
@@ -452,7 +532,7 @@ static inline bool cmpxchg_double_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
 
 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
 static unsigned long object_map[BITS_TO_LONGS(MAX_OBJS_PER_PAGE)];
-static DEFINE_SPINLOCK(object_map_lock);
+static DEFINE_RAW_SPINLOCK(object_map_lock);
 
 static void __fill_map(unsigned long *obj_map, struct kmem_cache *s,
                       struct page *page)
@@ -497,7 +577,7 @@ static unsigned long *get_map(struct kmem_cache *s, struct page *page)
 {
        VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
 
-       spin_lock(&object_map_lock);
+       raw_spin_lock(&object_map_lock);
 
        __fill_map(object_map, s, page);
 
@@ -507,7 +587,7 @@ static unsigned long *get_map(struct kmem_cache *s, struct page *page)
 static void put_map(unsigned long *map) __releases(&object_map_lock)
 {
        VM_BUG_ON(map != object_map);
-       spin_unlock(&object_map_lock);
+       raw_spin_unlock(&object_map_lock);
 }
 
 static inline unsigned int size_from_object(struct kmem_cache *s)
@@ -1009,8 +1089,6 @@ static int check_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page)
 {
        int maxobj;
 
-       VM_BUG_ON(!irqs_disabled());
-
        if (!PageSlab(page)) {
                slab_err(s, page, "Not a valid slab page");
                return 0;
@@ -1271,11 +1349,11 @@ static noinline int free_debug_processing(
        struct kmem_cache_node *n = get_node(s, page_to_nid(page));
        void *object = head;
        int cnt = 0;
-       unsigned long flags;
+       unsigned long flags, flags2;
        int ret = 0;
 
        spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
-       slab_lock(page);
+       slab_lock(page, &flags2);
 
        if (s->flags & SLAB_CONSISTENCY_CHECKS) {
                if (!check_slab(s, page))
@@ -1308,7 +1386,7 @@ out:
                slab_err(s, page, "Bulk freelist count(%d) invalid(%d)\n",
                         bulk_cnt, cnt);
 
-       slab_unlock(page);
+       slab_unlock(page, &flags2);
        spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
        if (!ret)
                slab_fix(s, "Object at 0x%p not freed", object);
@@ -1809,9 +1887,6 @@ static struct page *allocate_slab(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, int node)
 
        flags &= gfp_allowed_mask;
 
-       if (gfpflags_allow_blocking(flags))
-               local_irq_enable();
-
        flags |= s->allocflags;
 
        /*
@@ -1870,8 +1945,6 @@ static struct page *allocate_slab(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, int node)
        page->frozen = 1;
 
 out:
-       if (gfpflags_allow_blocking(flags))
-               local_irq_disable();
        if (!page)
                return NULL;
 
@@ -2010,18 +2083,24 @@ static inline void *acquire_slab(struct kmem_cache *s,
        return freelist;
 }
 
+#ifdef CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL
 static void put_cpu_partial(struct kmem_cache *s, struct page *page, int drain);
+#else
+static inline void put_cpu_partial(struct kmem_cache *s, struct page *page,
+                                  int drain) { }
+#endif
 static inline bool pfmemalloc_match(struct page *page, gfp_t gfpflags);
 
 /*
  * Try to allocate a partial slab from a specific node.
  */
 static void *get_partial_node(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n,
-                             struct page **ret_page, gfp_t flags)
+                             struct page **ret_page, gfp_t gfpflags)
 {
        struct page *page, *page2;
        void *object = NULL;
        unsigned int available = 0;
+       unsigned long flags;
        int objects;
 
        /*
@@ -2033,11 +2112,11 @@ static void *get_partial_node(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n,
        if (!n || !n->nr_partial)
                return NULL;
 
-       spin_lock(&n->list_lock);
+       spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
        list_for_each_entry_safe(page, page2, &n->partial, slab_list) {
                void *t;
 
-               if (!pfmemalloc_match(page, flags))
+               if (!pfmemalloc_match(page, gfpflags))
                        continue;
 
                t = acquire_slab(s, n, page, object == NULL, &objects);
@@ -2058,7 +2137,7 @@ static void *get_partial_node(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_node *n,
                        break;
 
        }
-       spin_unlock(&n->list_lock);
+       spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
        return object;
 }
 
@@ -2209,16 +2288,23 @@ static inline void note_cmpxchg_failure(const char *n,
 static void init_kmem_cache_cpus(struct kmem_cache *s)
 {
        int cpu;
+       struct kmem_cache_cpu *c;
 
-       for_each_possible_cpu(cpu)
-               per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu)->tid = init_tid(cpu);
+       for_each_possible_cpu(cpu) {
+               c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
+               local_lock_init(&c->lock);
+               c->tid = init_tid(cpu);
+       }
 }
 
 /*
- * Remove the cpu slab
+ * Finishes removing the cpu slab. Merges cpu's freelist with page's freelist,
+ * unfreezes the slabs and puts it on the proper list.
+ * Assumes the slab has been already safely taken away from kmem_cache_cpu
+ * by the caller.
  */
 static void deactivate_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
-                               void *freelist, struct kmem_cache_cpu *c)
+                           void *freelist)
 {
        enum slab_modes { M_NONE, M_PARTIAL, M_FULL, M_FREE };
        struct kmem_cache_node *n = get_node(s, page_to_nid(page));
@@ -2226,6 +2312,7 @@ static void deactivate_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
        enum slab_modes l = M_NONE, m = M_NONE;
        void *nextfree, *freelist_iter, *freelist_tail;
        int tail = DEACTIVATE_TO_HEAD;
+       unsigned long flags = 0;
        struct page new;
        struct page old;
 
@@ -2301,7 +2388,7 @@ redo:
                         * that acquire_slab() will see a slab page that
                         * is frozen
                         */
-                       spin_lock(&n->list_lock);
+                       spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
                }
        } else {
                m = M_FULL;
@@ -2312,7 +2399,7 @@ redo:
                         * slabs from diagnostic functions will not see
                         * any frozen slabs.
                         */
-                       spin_lock(&n->list_lock);
+                       spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
                }
        }
 
@@ -2329,14 +2416,14 @@ redo:
        }
 
        l = m;
-       if (!__cmpxchg_double_slab(s, page,
+       if (!cmpxchg_double_slab(s, page,
                                old.freelist, old.counters,
                                new.freelist, new.counters,
                                "unfreezing slab"))
                goto redo;
 
        if (lock)
-               spin_unlock(&n->list_lock);
+               spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
 
        if (m == M_PARTIAL)
                stat(s, tail);
@@ -2347,38 +2434,29 @@ redo:
                discard_slab(s, page);
                stat(s, FREE_SLAB);
        }
-
-       c->page = NULL;
-       c->freelist = NULL;
 }
 
-/*
- * Unfreeze all the cpu partial slabs.
- *
- * This function must be called with interrupts disabled
- * for the cpu using c (or some other guarantee must be there
- * to guarantee no concurrent accesses).
- */
-static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s,
-               struct kmem_cache_cpu *c)
-{
 #ifdef CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL
+static void __unfreeze_partials(struct kmem_cache *s, struct page *partial_page)
+{
        struct kmem_cache_node *n = NULL, *n2 = NULL;
        struct page *page, *discard_page = NULL;
+       unsigned long flags = 0;
 
-       while ((page = slub_percpu_partial(c))) {
+       while (partial_page) {
                struct page new;
                struct page old;
 
-               slub_set_percpu_partial(c, page);
+               page = partial_page;
+               partial_page = page->next;
 
                n2 = get_node(s, page_to_nid(page));
                if (n != n2) {
                        if (n)
-                               spin_unlock(&n->list_lock);
+                               spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
 
                        n = n2;
-                       spin_lock(&n->list_lock);
+                       spin_lock_irqsave(&n->list_lock, flags);
                }
 
                do {
@@ -2407,7 +2485,7 @@ static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s,
        }
 
        if (n)
-               spin_unlock(&n->list_lock);
+               spin_unlock_irqrestore(&n->list_lock, flags);
 
        while (discard_page) {
                page = discard_page;
@@ -2417,7 +2495,35 @@ static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s,
                discard_slab(s, page);
                stat(s, FREE_SLAB);
        }
-#endif /* CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL */
+}
+
+/*
+ * Unfreeze all the cpu partial slabs.
+ */
+static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s)
+{
+       struct page *partial_page;
+       unsigned long flags;
+
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
+       partial_page = this_cpu_read(s->cpu_slab->partial);
+       this_cpu_write(s->cpu_slab->partial, NULL);
+       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+
+       if (partial_page)
+               __unfreeze_partials(s, partial_page);
+}
+
+static void unfreeze_partials_cpu(struct kmem_cache *s,
+                                 struct kmem_cache_cpu *c)
+{
+       struct page *partial_page;
+
+       partial_page = slub_percpu_partial(c);
+       c->partial = NULL;
+
+       if (partial_page)
+               __unfreeze_partials(s, partial_page);
 }
 
 /*
@@ -2429,90 +2535,170 @@ static void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s,
  */
 static void put_cpu_partial(struct kmem_cache *s, struct page *page, int drain)
 {
-#ifdef CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL
        struct page *oldpage;
-       int pages;
-       int pobjects;
+       struct page *page_to_unfreeze = NULL;
+       unsigned long flags;
+       int pages = 0;
+       int pobjects = 0;
 
-       preempt_disable();
-       do {
-               pages = 0;
-               pobjects = 0;
-               oldpage = this_cpu_read(s->cpu_slab->partial);
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
 
-               if (oldpage) {
+       oldpage = this_cpu_read(s->cpu_slab->partial);
+
+       if (oldpage) {
+               if (drain && oldpage->pobjects > slub_cpu_partial(s)) {
+                       /*
+                        * Partial array is full. Move the existing set to the
+                        * per node partial list. Postpone the actual unfreezing
+                        * outside of the critical section.
+                        */
+                       page_to_unfreeze = oldpage;
+                       oldpage = NULL;
+               } else {
                        pobjects = oldpage->pobjects;
                        pages = oldpage->pages;
-                       if (drain && pobjects > slub_cpu_partial(s)) {
-                               unsigned long flags;
-                               /*
-                                * partial array is full. Move the existing
-                                * set to the per node partial list.
-                                */
-                               local_irq_save(flags);
-                               unfreeze_partials(s, this_cpu_ptr(s->cpu_slab));
-                               local_irq_restore(flags);
-                               oldpage = NULL;
-                               pobjects = 0;
-                               pages = 0;
-                               stat(s, CPU_PARTIAL_DRAIN);
-                       }
                }
+       }
 
-               pages++;
-               pobjects += page->objects - page->inuse;
+       pages++;
+       pobjects += page->objects - page->inuse;
 
-               page->pages = pages;
-               page->pobjects = pobjects;
-               page->next = oldpage;
+       page->pages = pages;
+       page->pobjects = pobjects;
+       page->next = oldpage;
 
-       } while (this_cpu_cmpxchg(s->cpu_slab->partial, oldpage, page)
-                                                               != oldpage);
-       preempt_enable();
-#endif /* CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL */
+       this_cpu_write(s->cpu_slab->partial, page);
+
+       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+
+       if (page_to_unfreeze) {
+               __unfreeze_partials(s, page_to_unfreeze);
+               stat(s, CPU_PARTIAL_DRAIN);
+       }
 }
 
+#else  /* CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL */
+
+static inline void unfreeze_partials(struct kmem_cache *s) { }
+static inline void unfreeze_partials_cpu(struct kmem_cache *s,
+                                 struct kmem_cache_cpu *c) { }
+
+#endif /* CONFIG_SLUB_CPU_PARTIAL */
+
 static inline void flush_slab(struct kmem_cache *s, struct kmem_cache_cpu *c)
 {
-       stat(s, CPUSLAB_FLUSH);
-       deactivate_slab(s, c->page, c->freelist, c);
+       unsigned long flags;
+       struct page *page;
+       void *freelist;
+
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
 
+       page = c->page;
+       freelist = c->freelist;
+
+       c->page = NULL;
+       c->freelist = NULL;
        c->tid = next_tid(c->tid);
+
+       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+
+       if (page) {
+               deactivate_slab(s, page, freelist);
+               stat(s, CPUSLAB_FLUSH);
+       }
 }
 
+static inline void __flush_cpu_slab(struct kmem_cache *s, int cpu)
+{
+       struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
+       void *freelist = c->freelist;
+       struct page *page = c->page;
+
+       c->page = NULL;
+       c->freelist = NULL;
+       c->tid = next_tid(c->tid);
+
+       if (page) {
+               deactivate_slab(s, page, freelist);
+               stat(s, CPUSLAB_FLUSH);
+       }
+
+       unfreeze_partials_cpu(s, c);
+}
+
+struct slub_flush_work {
+       struct work_struct work;
+       struct kmem_cache *s;
+       bool skip;
+};
+
 /*
  * Flush cpu slab.
  *
- * Called from IPI handler with interrupts disabled.
+ * Called from CPU work handler with migration disabled.
  */
-static inline void __flush_cpu_slab(struct kmem_cache *s, int cpu)
+static void flush_cpu_slab(struct work_struct *w)
 {
-       struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
+       struct kmem_cache *s;
+       struct kmem_cache_cpu *c;
+       struct slub_flush_work *sfw;
+
+       sfw = container_of(w, struct slub_flush_work, work);
+
+       s = sfw->s;
+       c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
 
        if (c->page)
                flush_slab(s, c);
 
-       unfreeze_partials(s, c);
+       unfreeze_partials(s);
 }
 
-static void flush_cpu_slab(void *d)
+static bool has_cpu_slab(int cpu, struct kmem_cache *s)
 {
-       struct kmem_cache *s = d;
+       struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
 
-       __flush_cpu_slab(s, smp_processor_id());
+       return c->page || slub_percpu_partial(c);
 }
 
-static bool has_cpu_slab(int cpu, void *info)
+static DEFINE_MUTEX(flush_lock);
+static DEFINE_PER_CPU(struct slub_flush_work, slub_flush);
+
+static void flush_all_cpus_locked(struct kmem_cache *s)
 {
-       struct kmem_cache *s = info;
-       struct kmem_cache_cpu *c = per_cpu_ptr(s->cpu_slab, cpu);
+       struct slub_flush_work *sfw;
+       unsigned int cpu;
 
-       return c->page || slub_percpu_partial(c);
+       lockdep_assert_cpus_held();
+       mutex_lock(&flush_lock);
+
+       for_each_online_cpu(cpu) {
+               sfw = &per_cpu(slub_flush, cpu);
+               if (!has_cpu_slab(cpu, s)) {
+                       sfw->skip = true;
+                       continue;
+               }
+               INIT_WORK(&sfw->work, flush_cpu_slab);
+               sfw->skip = false;
+               sfw->s = s;
+               schedule_work_on(cpu, &sfw->work);
+       }
+
+       for_each_online_cpu(cpu) {
+               sfw = &per_cpu(slub_flush, cpu);
+               if (sfw->skip)
+                       continue;
+               flush_work(&sfw->work);
+       }
+
+       mutex_unlock(&flush_lock);
 }
 
 static void flush_all(struct kmem_cache *s)
 {
-       on_each_cpu_cond(has_cpu_slab, flush_cpu_slab, s, 1);
+       cpus_read_lock();
+       flush_all_cpus_locked(s);
+       cpus_read_unlock();
 }
 
 /*
@@ -2522,14 +2708,10 @@ static void flush_all(struct kmem_cache *s)
 static int slub_cpu_dead(unsigned int cpu)
 {
        struct kmem_cache *s;
-       unsigned long flags;
 
        mutex_lock(&slab_mutex);
-       list_for_each_entry(s, &slab_caches, list) {
-               local_irq_save(flags);
+       list_for_each_entry(s, &slab_caches, list)
                __flush_cpu_slab(s, cpu);
-               local_irq_restore(flags);
-       }
        mutex_unlock(&slab_mutex);
        return 0;
 }
@@ -2620,6 +2802,19 @@ static inline bool pfmemalloc_match(struct page *page, gfp_t gfpflags)
        return true;
 }
 
+/*
+ * A variant of pfmemalloc_match() that tests page flags without asserting
+ * PageSlab. Intended for opportunistic checks before taking a lock and
+ * rechecking that nobody else freed the page under us.
+ */
+static inline bool pfmemalloc_match_unsafe(struct page *page, gfp_t gfpflags)
+{
+       if (unlikely(__PageSlabPfmemalloc(page)))
+               return gfp_pfmemalloc_allowed(gfpflags);
+
+       return true;
+}
+
 /*
  * Check the page->freelist of a page and either transfer the freelist to the
  * per cpu freelist or deactivate the page.
@@ -2627,8 +2822,6 @@ static inline bool pfmemalloc_match(struct page *page, gfp_t gfpflags)
  * The page is still frozen if the return value is not NULL.
  *
  * If this function returns NULL then the page has been unfrozen.
- *
- * This function must be called with interrupt disabled.
  */
 static inline void *get_freelist(struct kmem_cache *s, struct page *page)
 {
@@ -2636,6 +2829,8 @@ static inline void *get_freelist(struct kmem_cache *s, struct page *page)
        unsigned long counters;
        void *freelist;
 
+       lockdep_assert_held(this_cpu_ptr(&s->cpu_slab->lock));
+
        do {
                freelist = page->freelist;
                counters = page->counters;
@@ -2670,7 +2865,7 @@ static inline void *get_freelist(struct kmem_cache *s, struct page *page)
  * we need to allocate a new slab. This is the slowest path since it involves
  * a call to the page allocator and the setup of a new slab.
  *
- * Version of __slab_alloc to use when we know that interrupts are
+ * Version of __slab_alloc to use when we know that preemption is
  * already disabled (which is the case for bulk allocation).
  */
 static void *___slab_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int node,
@@ -2678,10 +2873,13 @@ static void *___slab_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int node,
 {
        void *freelist;
        struct page *page;
+       unsigned long flags;
 
        stat(s, ALLOC_SLOWPATH);
 
-       page = c->page;
+reread_page:
+
+       page = READ_ONCE(c->page);
        if (!page) {
                /*
                 * if the node is not online or has no normal memory, just
@@ -2704,8 +2902,7 @@ redo:
                        goto redo;
                } else {
                        stat(s, ALLOC_NODE_MISMATCH);
-                       deactivate_slab(s, page, c->freelist, c);
-                       goto new_slab;
+                       goto deactivate_slab;
                }
        }
 
@@ -2714,12 +2911,15 @@ redo:
         * PFMEMALLOC but right now, we are losing the pfmemalloc
         * information when the page leaves the per-cpu allocator
         */
-       if (unlikely(!pfmemalloc_match(page, gfpflags))) {
-               deactivate_slab(s, page, c->freelist, c);
-               goto new_slab;
+       if (unlikely(!pfmemalloc_match_unsafe(page, gfpflags)))
+               goto deactivate_slab;
+
+       /* must check again c->page in case we got preempted and it changed */
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
+       if (unlikely(page != c->page)) {
+               local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+               goto reread_page;
        }
-
-       /* must check again c->freelist in case of cpu migration or IRQ */
        freelist = c->freelist;
        if (freelist)
                goto load_freelist;
@@ -2728,6 +2928,7 @@ redo:
 
        if (!freelist) {
                c->page = NULL;
+               local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
                stat(s, DEACTIVATE_BYPASS);
                goto new_slab;
        }
@@ -2735,6 +2936,9 @@ redo:
        stat(s, ALLOC_REFILL);
 
 load_freelist:
+
+       lockdep_assert_held(this_cpu_ptr(&s->cpu_slab->lock));
+
        /*
         * freelist is pointing to the list of objects to be used.
         * page is pointing to the page from which the objects are obtained.
@@ -2743,34 +2947,58 @@ load_freelist:
        VM_BUG_ON(!c->page->frozen);
        c->freelist = get_freepointer(s, freelist);
        c->tid = next_tid(c->tid);
+       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
        return freelist;
 
+deactivate_slab:
+
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
+       if (page != c->page) {
+               local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+               goto reread_page;
+       }
+       freelist = c->freelist;
+       c->page = NULL;
+       c->freelist = NULL;
+       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+       deactivate_slab(s, page, freelist);
+
 new_slab:
 
        if (slub_percpu_partial(c)) {
+               local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
+               if (unlikely(c->page)) {
+                       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+                       goto reread_page;
+               }
+               if (unlikely(!slub_percpu_partial(c))) {
+                       local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+                       /* we were preempted and partial list got empty */
+                       goto new_objects;
+               }
+
                page = c->page = slub_percpu_partial(c);
                slub_set_percpu_partial(c, page);
+               local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
                stat(s, CPU_PARTIAL_ALLOC);
                goto redo;
        }
 
+new_objects:
+
        freelist = get_partial(s, gfpflags, node, &page);
-       if (freelist) {
-               c->page = page;
+       if (freelist)
                goto check_new_page;
-       }
 
+       slub_put_cpu_ptr(s->cpu_slab);
        page = new_slab(s, gfpflags, node);
+       c = slub_get_cpu_ptr(s->cpu_slab);
 
        if (unlikely(!page)) {
                slab_out_of_memory(s, gfpflags, node);
                return NULL;
        }
 
-       c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
-       if (c->page)
-               flush_slab(s, c);
-
        /*
         * No other reference to the page yet so we can
         * muck around with it freely without cmpxchg
@@ -2779,43 +3007,81 @@ new_slab:
        page->freelist = NULL;
 
        stat(s, ALLOC_SLAB);
-       c->page = page;
 
 check_new_page:
-       if (likely(!kmem_cache_debug(s) && pfmemalloc_match(page, gfpflags)))
-               goto load_freelist;
 
-       /* Only entered in the debug case */
-       if (kmem_cache_debug(s) &&
-                       !alloc_debug_processing(s, page, freelist, addr))
-               goto new_slab;  /* Slab failed checks. Next slab needed */
+       if (kmem_cache_debug(s)) {
+               if (!alloc_debug_processing(s, page, freelist, addr)) {
+                       /* Slab failed checks. Next slab needed */
+                       goto new_slab;
+               } else {
+                       /*
+                        * For debug case, we don't load freelist so that all
+                        * allocations go through alloc_debug_processing()
+                        */
+                       goto return_single;
+               }
+       }
+
+       if (unlikely(!pfmemalloc_match(page, gfpflags)))
+               /*
+                * For !pfmemalloc_match() case we don't load freelist so that
+                * we don't make further mismatched allocations easier.
+                */
+               goto return_single;
+
+retry_load_page:
+
+       local_lock_irqsave(&s->cpu_slab->lock, flags);
+       if (unlikely(c->page)) {
+               void *flush_freelist = c->freelist;
+               struct page *flush_page = c->page;
+
+               c->page = NULL;
+               c->freelist = NULL;
+               c->tid = next_tid(c->tid);
+
+               local_unlock_irqrestore(&s->cpu_slab->lock, flags);
+
+               deactivate_slab(s, flush_page, flush_freelist);
+
+               stat(s, CPUSLAB_FLUSH);
+
+               goto retry_load_page;
+       }
+       c->page = page;
+
+       goto load_freelist;
 
-       deactivate_slab(s, page, get_freepointer(s, freelist), c);
+return_single:
+
+       deactivate_slab(s, page, get_freepointer(s, freelist));
        return freelist;
 }
 
 /*
- * Another one that disabled interrupt and compensates for possible
- * cpu changes by refetching the per cpu area pointer.
+ * A wrapper for ___slab_alloc() for contexts where preemption is not yet
+ * disabled. Compensates for possible cpu changes by refetching the per cpu area
+ * pointer.
  */
 static void *__slab_alloc(struct kmem_cache *s, gfp_t gfpflags, int node,
                          unsigned long addr, struct kmem_cache_cpu *c)
 {
        void *p;
-       unsigned long flags;
 
-       local_irq_save(flags);
-#ifdef CONFIG_PREEMPTION
+#ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNT
        /*
         * We may have been preempted and rescheduled on a different
-        * cpu before disabling interrupts. Need to reload cpu area
+        * cpu before disabling preemption. Need to reload cpu area
         * pointer.
         */
-       c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+       c = slub_get_cpu_ptr(s->cpu_slab);
 #endif
 
        p = ___slab_alloc(s, gfpflags, node, addr, c);
-       local_irq_restore(flags);
+#ifdef CONFIG_PREEMPT_COUNT
+       slub_put_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+#endif
        return p;
 }
 
@@ -2866,15 +3132,14 @@ redo:
         * reading from one cpu area. That does not matter as long
         * as we end up on the original cpu again when doing the cmpxchg.
         *
-        * We should guarantee that tid and kmem_cache are retrieved on
-        * the same cpu. It could be different if CONFIG_PREEMPTION so we need
-        * to check if it is matched or not.
+        * We must guarantee that tid and kmem_cache_cpu are retrieved on the
+        * same cpu. We read first the kmem_cache_cpu pointer and use it to read
+        * the tid. If we are preempted and switched to another cpu between the
+        * two reads, it's OK as the two are still associated with the same cpu
+        * and cmpxchg later will validate the cpu.
         */
-       do {
-               tid = this_cpu_read(s->cpu_slab->tid);
-               c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
-       } while (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPTION) &&
-                unlikely(tid != READ_ONCE(c->tid)));
+       c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+       tid = READ_ONCE(c->tid);
 
        /*
         * Irqless object alloc/free algorithm used here depends on sequence
@@ -2895,7 +3160,15 @@ redo:
 
        object = c->freelist;
        page = c->page;
-       if (unlikely(!object || !page || !node_match(page, node))) {
+       /*
+        * We cannot use the lockless fastpath on PREEMPT_RT because if a
+        * slowpath has taken the local_lock_irqsave(), it is not protected
+        * against a fast path operation in an irq handler. So we need to take
+        * the slow path which uses local_lock. It is still relatively fast if
+        * there is a suitable cpu freelist.
+        */
+       if (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPT_RT) ||
+           unlikely(!object || !page || !node_match(page, node))) {
                object = __slab_alloc(s, gfpflags, node, addr, c);
        } else {
                void *next_object = get_freepointer_safe(s, object);
@@ -3148,16 +3421,14 @@ redo:
         * data is retrieved via this pointer. If we are on the same cpu
         * during the cmpxchg then the free will succeed.
         */
-       do {
-               tid = this_cpu_read(s->cpu_slab->tid);
-               c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
-       } while (IS_ENABLED(CONFIG_PREEMPTION) &&
-                unlikely(tid != READ_ONCE(c->tid)));
+       c = raw_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+       tid = READ_ONCE(c->tid);
 
        /* Same with comment on barrier() in slab_alloc_node() */
        barrier();
 
        if (likely(page == c->page)) {
+#ifndef CONFIG_PREEMPT_RT
                void **freelist = READ_ONCE(c->freelist);
 
                set_freepointer(s, tail_obj, freelist);
@@ -3170,6 +3441,31 @@ redo:
                        note_cmpxchg_failure("slab_free", s, tid);
                        goto redo;
                }
+#else /* CONFIG_PREEMPT_RT */
+               /*
+                * We cannot use the lockless fastpath on PREEMPT_RT because if
+                * a slowpath has taken the local_lock_irqsave(), it is not
+                * protected against a fast path operation in an irq handler. So
+                * we need to take the local_lock. We shouldn't simply defer to
+                * __slab_free() as that wouldn't use the cpu freelist at all.
+                */
+               void **freelist;
+
+               local_lock(&s->cpu_slab->lock);
+               c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+               if (unlikely(page != c->page)) {
+                       local_unlock(&s->cpu_slab->lock);
+                       goto redo;
+               }
+               tid = c->tid;
+               freelist = c->freelist;
+
+               set_freepointer(s, tail_obj, freelist);
+               c->freelist = head;
+               c->tid = next_tid(tid);
+
+               local_unlock(&s->cpu_slab->lock);
+#endif
                stat(s, FREE_FASTPATH);
        } else
                __slab_free(s, page, head, tail_obj, cnt, addr);
@@ -3347,8 +3643,8 @@ int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
         * IRQs, which protects against PREEMPT and interrupts
         * handlers invoking normal fastpath.
         */
-       local_irq_disable();
-       c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+       c = slub_get_cpu_ptr(s->cpu_slab);
+       local_lock_irq(&s->cpu_slab->lock);
 
        for (i = 0; i < size; i++) {
                void *object = kfence_alloc(s, s->object_size, flags);
@@ -3369,6 +3665,8 @@ int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
                         */
                        c->tid = next_tid(c->tid);
 
+                       local_unlock_irq(&s->cpu_slab->lock);
+
                        /*
                         * Invoking slow path likely have side-effect
                         * of re-populating per CPU c->freelist
@@ -3381,6 +3679,8 @@ int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
                        c = this_cpu_ptr(s->cpu_slab);
                        maybe_wipe_obj_freeptr(s, p[i]);
 
+                       local_lock_irq(&s->cpu_slab->lock);
+
                        continue; /* goto for-loop */
                }
                c->freelist = get_freepointer(s, object);
@@ -3388,7 +3688,8 @@ int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
                maybe_wipe_obj_freeptr(s, p[i]);
        }
        c->tid = next_tid(c->tid);
-       local_irq_enable();
+       local_unlock_irq(&s->cpu_slab->lock);
+       slub_put_cpu_ptr(s->cpu_slab);
 
        /*
         * memcg and kmem_cache debug support and memory initialization.
@@ -3398,7 +3699,7 @@ int kmem_cache_alloc_bulk(struct kmem_cache *s, gfp_t flags, size_t size,
                                slab_want_init_on_alloc(flags, s));
        return i;
 error:
-       local_irq_enable();
+       slub_put_cpu_ptr(s->cpu_slab);
        slab_post_alloc_hook(s, objcg, flags, i, p, false);
        __kmem_cache_free_bulk(s, i, p);
        return 0;
@@ -3912,11 +4213,12 @@ static void list_slab_objects(struct kmem_cache *s, struct page *page,
 {
 #ifdef CONFIG_SLUB_DEBUG
        void *addr = page_address(page);
+       unsigned long flags;
        unsigned long *map;
        void *p;
 
        slab_err(s, page, text, s->name);
-       slab_lock(page);
+       slab_lock(page, &flags);
 
        map = get_map(s, page);
        for_each_object(p, s, addr, page->objects) {
@@ -3927,7 +4229,7 @@ static void list_slab_objects(struct kmem_cache *s, struct page *page,
                }
        }
        put_map(map);
-       slab_unlock(page);
+       slab_unlock(page, &flags);
 #endif
 }
 
@@ -3977,7 +4279,7 @@ int __kmem_cache_shutdown(struct kmem_cache *s)
        int node;
        struct kmem_cache_node *n;
 
-       flush_all(s);
+       flush_all_cpus_locked(s);
        /* Attempt to free all objects */
        for_each_kmem_cache_node(s, node, n) {
                free_partial(s, n);
@@ -4253,7 +4555,7 @@ EXPORT_SYMBOL(kfree);
  * being allocated from last increasing the chance that the last objects
  * are freed in them.
  */
-int __kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *s)
+static int __kmem_cache_do_shrink(struct kmem_cache *s)
 {
        int node;
        int i;
@@ -4265,7 +4567,6 @@ int __kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *s)
        unsigned long flags;
        int ret = 0;
 
-       flush_all(s);
        for_each_kmem_cache_node(s, node, n) {
                INIT_LIST_HEAD(&discard);
                for (i = 0; i < SHRINK_PROMOTE_MAX; i++)
@@ -4315,13 +4616,21 @@ int __kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *s)
        return ret;
 }
 
+int __kmem_cache_shrink(struct kmem_cache *s)
+{
+       flush_all(s);
+       return __kmem_cache_do_shrink(s);
+}
+
 static int slab_mem_going_offline_callback(void *arg)
 {
        struct kmem_cache *s;
 
        mutex_lock(&slab_mutex);
-       list_for_each_entry(s, &slab_caches, list)
-               __kmem_cache_shrink(s);
+       list_for_each_entry(s, &slab_caches, list) {
+               flush_all_cpus_locked(s);
+               __kmem_cache_do_shrink(s);
+       }
        mutex_unlock(&slab_mutex);
 
        return 0;
@@ -4652,8 +4961,9 @@ static void validate_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
 {
        void *p;
        void *addr = page_address(page);
+       unsigned long flags;
 
-       slab_lock(page);
+       slab_lock(page, &flags);
 
        if (!check_slab(s, page) || !on_freelist(s, page, NULL))
                goto unlock;
@@ -4668,7 +4978,7 @@ static void validate_slab(struct kmem_cache *s, struct page *page,
                        break;
        }
 unlock:
-       slab_unlock(page);
+       slab_unlock(page, &flags);
 }
 
 static int validate_slab_node(struct kmem_cache *s,