Merge tag 'mlx5-shared-2017-08-07' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git...
[platform/kernel/linux-rpi.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks.  Each chunk is
11  * consisted of boot-time determined number of units and the first
12  * chunk is used for static percpu variables in the kernel image
13  * (special boot time alloc/init handling necessary as these areas
14  * need to be brought up before allocation services are running).
15  * Unit grows as necessary and all units grow or shrink in unison.
16  * When a chunk is filled up, another chunk is allocated.
17  *
18  *  c0                           c1                         c2
19  *  -------------------          -------------------        ------------
20  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
21  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
22  *
23  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
24  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
25  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  On UMA, units corresponds directly to
26  * cpus.  On NUMA, the mapping can be non-linear and even sparse.
27  * Percpu access can be done by configuring percpu base registers
28  * according to cpu to unit mapping and pcpu_unit_size.
29  *
30  * There are usually many small percpu allocations many of them being
31  * as small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
32  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
33  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
34  * guaranteed to be equal to or larger than the maximum contiguous
35  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
36  * chunk maps unnecessarily.
37  *
38  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
39  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
40  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
41  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
42  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
43  * Chunks can be determined from the address using the index field
44  * in the page struct. The index field contains a pointer to the chunk.
45  *
46  * To use this allocator, arch code should do the following:
47  *
48  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
49  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
50  *   different from the default
51  *
52  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
53  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
54  */
55
56 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
57
58 #include <linux/bitmap.h>
59 #include <linux/bootmem.h>
60 #include <linux/err.h>
61 #include <linux/list.h>
62 #include <linux/log2.h>
63 #include <linux/mm.h>
64 #include <linux/module.h>
65 #include <linux/mutex.h>
66 #include <linux/percpu.h>
67 #include <linux/pfn.h>
68 #include <linux/slab.h>
69 #include <linux/spinlock.h>
70 #include <linux/vmalloc.h>
71 #include <linux/workqueue.h>
72 #include <linux/kmemleak.h>
73
74 #include <asm/cacheflush.h>
75 #include <asm/sections.h>
76 #include <asm/tlbflush.h>
77 #include <asm/io.h>
78
79 #define CREATE_TRACE_POINTS
80 #include <trace/events/percpu.h>
81
82 #include "percpu-internal.h"
83
84 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
85 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
86 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW      32
87 #define PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH     64
88 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
89 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
90
91 #ifdef CONFIG_SMP
92 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
93 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
94 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
95         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
96                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
97                           (unsigned long)__per_cpu_start)
98 #endif
99 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
100 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
101         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
102                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
103                          (unsigned long)__per_cpu_start)
104 #endif
105 #else   /* CONFIG_SMP */
106 /* on UP, it's always identity mapped */
107 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
108 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
109 #endif  /* CONFIG_SMP */
110
111 static int pcpu_unit_pages __ro_after_init;
112 static int pcpu_unit_size __ro_after_init;
113 static int pcpu_nr_units __ro_after_init;
114 static int pcpu_atom_size __ro_after_init;
115 int pcpu_nr_slots __ro_after_init;
116 static size_t pcpu_chunk_struct_size __ro_after_init;
117
118 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
119 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __ro_after_init;
120 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __ro_after_init;
121
122 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
123 void *pcpu_base_addr __ro_after_init;
124 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
125
126 static const int *pcpu_unit_map __ro_after_init;                /* cpu -> unit */
127 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __ro_after_init; /* cpu -> unit offset */
128
129 /* group information, used for vm allocation */
130 static int pcpu_nr_groups __ro_after_init;
131 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __ro_after_init;
132 static const size_t *pcpu_group_sizes __ro_after_init;
133
134 /*
135  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
136  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
137  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
138  */
139 struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk __ro_after_init;
140
141 /*
142  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
143  * chunk and serves it for reserved allocations.  The amount of
144  * reserved offset is in pcpu_reserved_chunk_limit.  When reserved
145  * area doesn't exist, the following variables contain NULL and 0
146  * respectively.
147  */
148 struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk __ro_after_init;
149 static int pcpu_reserved_chunk_limit __ro_after_init;
150
151 DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);     /* all internal data structures */
152 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
153
154 struct list_head *pcpu_slot __ro_after_init; /* chunk list slots */
155
156 /* chunks which need their map areas extended, protected by pcpu_lock */
157 static LIST_HEAD(pcpu_map_extend_chunks);
158
159 /*
160  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.  The
161  * reserved chunk doesn't contribute to the count.
162  */
163 static int pcpu_nr_empty_pop_pages;
164
165 /*
166  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
167  * try to keep the number of populated free pages between
168  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
169  * empty chunk.
170  */
171 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
172 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
173 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
174 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
175
176 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
177 {
178         if (pcpu_async_enabled)
179                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
180 }
181
182 static bool pcpu_addr_in_first_chunk(void *addr)
183 {
184         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
185
186         return addr >= first_start && addr < first_start + pcpu_unit_size;
187 }
188
189 static bool pcpu_addr_in_reserved_chunk(void *addr)
190 {
191         void *first_start = pcpu_first_chunk->base_addr;
192
193         return addr >= first_start &&
194                 addr < first_start + pcpu_reserved_chunk_limit;
195 }
196
197 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
198 {
199         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
200         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
201 }
202
203 static int pcpu_size_to_slot(int size)
204 {
205         if (size == pcpu_unit_size)
206                 return pcpu_nr_slots - 1;
207         return __pcpu_size_to_slot(size);
208 }
209
210 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
211 {
212         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
213                 return 0;
214
215         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
216 }
217
218 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
219 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
220 {
221         page->index = (unsigned long)pcpu;
222 }
223
224 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
225 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
226 {
227         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
228 }
229
230 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
231 {
232         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
233 }
234
235 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
236                                      unsigned int cpu, int page_idx)
237 {
238         return (unsigned long)chunk->base_addr + pcpu_unit_offsets[cpu] +
239                 (page_idx << PAGE_SHIFT);
240 }
241
242 static void __maybe_unused pcpu_next_unpop(struct pcpu_chunk *chunk,
243                                            int *rs, int *re, int end)
244 {
245         *rs = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs);
246         *re = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
247 }
248
249 static void __maybe_unused pcpu_next_pop(struct pcpu_chunk *chunk,
250                                          int *rs, int *re, int end)
251 {
252         *rs = find_next_bit(chunk->populated, end, *rs);
253         *re = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, *rs + 1);
254 }
255
256 /*
257  * (Un)populated page region iterators.  Iterate over (un)populated
258  * page regions between @start and @end in @chunk.  @rs and @re should
259  * be integer variables and will be set to start and end page index of
260  * the current region.
261  */
262 #define pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, start, end)               \
263         for ((rs) = (start), pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)); \
264              (rs) < (re);                                                   \
265              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_unpop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
266
267 #define pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, start, end)                 \
268         for ((rs) = (start), pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end));   \
269              (rs) < (re);                                                   \
270              (rs) = (re) + 1, pcpu_next_pop((chunk), &(rs), &(re), (end)))
271
272 /**
273  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
274  * @size: bytes to allocate
275  *
276  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
277  * kzalloc() is used; otherwise, vzalloc() is used.  The returned
278  * memory is always zeroed.
279  *
280  * CONTEXT:
281  * Does GFP_KERNEL allocation.
282  *
283  * RETURNS:
284  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
285  */
286 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size)
287 {
288         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
289                 return NULL;
290
291         if (size <= PAGE_SIZE)
292                 return kzalloc(size, GFP_KERNEL);
293         else
294                 return vzalloc(size);
295 }
296
297 /**
298  * pcpu_mem_free - free memory
299  * @ptr: memory to free
300  *
301  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
302  */
303 static void pcpu_mem_free(void *ptr)
304 {
305         kvfree(ptr);
306 }
307
308 /**
309  * pcpu_count_occupied_pages - count the number of pages an area occupies
310  * @chunk: chunk of interest
311  * @i: index of the area in question
312  *
313  * Count the number of pages chunk's @i'th area occupies.  When the area's
314  * start and/or end address isn't aligned to page boundary, the straddled
315  * page is included in the count iff the rest of the page is free.
316  */
317 static int pcpu_count_occupied_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int i)
318 {
319         int off = chunk->map[i] & ~1;
320         int end = chunk->map[i + 1] & ~1;
321
322         if (!PAGE_ALIGNED(off) && i > 0) {
323                 int prev = chunk->map[i - 1];
324
325                 if (!(prev & 1) && prev <= round_down(off, PAGE_SIZE))
326                         off = round_down(off, PAGE_SIZE);
327         }
328
329         if (!PAGE_ALIGNED(end) && i + 1 < chunk->map_used) {
330                 int next = chunk->map[i + 1];
331                 int nend = chunk->map[i + 2] & ~1;
332
333                 if (!(next & 1) && nend >= round_up(end, PAGE_SIZE))
334                         end = round_up(end, PAGE_SIZE);
335         }
336
337         return max_t(int, PFN_DOWN(end) - PFN_UP(off), 0);
338 }
339
340 /**
341  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
342  * @chunk: chunk of interest
343  * @oslot: the previous slot it was on
344  *
345  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
346  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
347  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
348  * chunk slots.
349  *
350  * CONTEXT:
351  * pcpu_lock.
352  */
353 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
354 {
355         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
356
357         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && oslot != nslot) {
358                 if (oslot < nslot)
359                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
360                 else
361                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
362         }
363 }
364
365 /**
366  * pcpu_need_to_extend - determine whether chunk area map needs to be extended
367  * @chunk: chunk of interest
368  * @is_atomic: the allocation context
369  *
370  * Determine whether area map of @chunk needs to be extended.  If
371  * @is_atomic, only the amount necessary for a new allocation is
372  * considered; however, async extension is scheduled if the left amount is
373  * low.  If !@is_atomic, it aims for more empty space.  Combined, this
374  * ensures that the map is likely to have enough available space to
375  * accomodate atomic allocations which can't extend maps directly.
376  *
377  * CONTEXT:
378  * pcpu_lock.
379  *
380  * RETURNS:
381  * New target map allocation length if extension is necessary, 0
382  * otherwise.
383  */
384 static int pcpu_need_to_extend(struct pcpu_chunk *chunk, bool is_atomic)
385 {
386         int margin, new_alloc;
387
388         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
389
390         if (is_atomic) {
391                 margin = 3;
392
393                 if (chunk->map_alloc <
394                     chunk->map_used + PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_LOW) {
395                         if (list_empty(&chunk->map_extend_list)) {
396                                 list_add_tail(&chunk->map_extend_list,
397                                               &pcpu_map_extend_chunks);
398                                 pcpu_schedule_balance_work();
399                         }
400                 }
401         } else {
402                 margin = PCPU_ATOMIC_MAP_MARGIN_HIGH;
403         }
404
405         if (chunk->map_alloc >= chunk->map_used + margin)
406                 return 0;
407
408         new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
409         while (new_alloc < chunk->map_used + margin)
410                 new_alloc *= 2;
411
412         return new_alloc;
413 }
414
415 /**
416  * pcpu_extend_area_map - extend area map of a chunk
417  * @chunk: chunk of interest
418  * @new_alloc: new target allocation length of the area map
419  *
420  * Extend area map of @chunk to have @new_alloc entries.
421  *
422  * CONTEXT:
423  * Does GFP_KERNEL allocation.  Grabs and releases pcpu_lock.
424  *
425  * RETURNS:
426  * 0 on success, -errno on failure.
427  */
428 static int pcpu_extend_area_map(struct pcpu_chunk *chunk, int new_alloc)
429 {
430         int *old = NULL, *new = NULL;
431         size_t old_size = 0, new_size = new_alloc * sizeof(new[0]);
432         unsigned long flags;
433
434         lockdep_assert_held(&pcpu_alloc_mutex);
435
436         new = pcpu_mem_zalloc(new_size);
437         if (!new)
438                 return -ENOMEM;
439
440         /* acquire pcpu_lock and switch to new area map */
441         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
442
443         if (new_alloc <= chunk->map_alloc)
444                 goto out_unlock;
445
446         old_size = chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]);
447         old = chunk->map;
448
449         memcpy(new, old, old_size);
450
451         chunk->map_alloc = new_alloc;
452         chunk->map = new;
453         new = NULL;
454
455 out_unlock:
456         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
457
458         /*
459          * pcpu_mem_free() might end up calling vfree() which uses
460          * IRQ-unsafe lock and thus can't be called under pcpu_lock.
461          */
462         pcpu_mem_free(old);
463         pcpu_mem_free(new);
464
465         return 0;
466 }
467
468 /**
469  * pcpu_fit_in_area - try to fit the requested allocation in a candidate area
470  * @chunk: chunk the candidate area belongs to
471  * @off: the offset to the start of the candidate area
472  * @this_size: the size of the candidate area
473  * @size: the size of the target allocation
474  * @align: the alignment of the target allocation
475  * @pop_only: only allocate from already populated region
476  *
477  * We're trying to allocate @size bytes aligned at @align.  @chunk's area
478  * at @off sized @this_size is a candidate.  This function determines
479  * whether the target allocation fits in the candidate area and returns the
480  * number of bytes to pad after @off.  If the target area doesn't fit, -1
481  * is returned.
482  *
483  * If @pop_only is %true, this function only considers the already
484  * populated part of the candidate area.
485  */
486 static int pcpu_fit_in_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int this_size,
487                             int size, int align, bool pop_only)
488 {
489         int cand_off = off;
490
491         while (true) {
492                 int head = ALIGN(cand_off, align) - off;
493                 int page_start, page_end, rs, re;
494
495                 if (this_size < head + size)
496                         return -1;
497
498                 if (!pop_only)
499                         return head;
500
501                 /*
502                  * If the first unpopulated page is beyond the end of the
503                  * allocation, the whole allocation is populated;
504                  * otherwise, retry from the end of the unpopulated area.
505                  */
506                 page_start = PFN_DOWN(head + off);
507                 page_end = PFN_UP(head + off + size);
508
509                 rs = page_start;
510                 pcpu_next_unpop(chunk, &rs, &re, PFN_UP(off + this_size));
511                 if (rs >= page_end)
512                         return head;
513                 cand_off = re * PAGE_SIZE;
514         }
515 }
516
517 /**
518  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
519  * @chunk: chunk of interest
520  * @size: wanted size in bytes
521  * @align: wanted align
522  * @pop_only: allocate only from the populated area
523  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
524  *
525  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
526  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
527  * populate or map the area.
528  *
529  * @chunk->map must have at least two free slots.
530  *
531  * CONTEXT:
532  * pcpu_lock.
533  *
534  * RETURNS:
535  * Allocated offset in @chunk on success, -1 if no matching area is
536  * found.
537  */
538 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align,
539                            bool pop_only, int *occ_pages_p)
540 {
541         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
542         int max_contig = 0;
543         int i, off;
544         bool seen_free = false;
545         int *p;
546
547         for (i = chunk->first_free, p = chunk->map + i; i < chunk->map_used; i++, p++) {
548                 int head, tail;
549                 int this_size;
550
551                 off = *p;
552                 if (off & 1)
553                         continue;
554
555                 this_size = (p[1] & ~1) - off;
556
557                 head = pcpu_fit_in_area(chunk, off, this_size, size, align,
558                                         pop_only);
559                 if (head < 0) {
560                         if (!seen_free) {
561                                 chunk->first_free = i;
562                                 seen_free = true;
563                         }
564                         max_contig = max(this_size, max_contig);
565                         continue;
566                 }
567
568                 /*
569                  * If head is small or the previous block is free,
570                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
571                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
572                  * uncommon for percpu allocations.
573                  */
574                 if (head && (head < sizeof(int) || !(p[-1] & 1))) {
575                         *p = off += head;
576                         if (p[-1] & 1)
577                                 chunk->free_size -= head;
578                         else
579                                 max_contig = max(*p - p[-1], max_contig);
580                         this_size -= head;
581                         head = 0;
582                 }
583
584                 /* if tail is small, just keep it around */
585                 tail = this_size - head - size;
586                 if (tail < sizeof(int)) {
587                         tail = 0;
588                         size = this_size - head;
589                 }
590
591                 /* split if warranted */
592                 if (head || tail) {
593                         int nr_extra = !!head + !!tail;
594
595                         /* insert new subblocks */
596                         memmove(p + nr_extra + 1, p + 1,
597                                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
598                         chunk->map_used += nr_extra;
599
600                         if (head) {
601                                 if (!seen_free) {
602                                         chunk->first_free = i;
603                                         seen_free = true;
604                                 }
605                                 *++p = off += head;
606                                 ++i;
607                                 max_contig = max(head, max_contig);
608                         }
609                         if (tail) {
610                                 p[1] = off + size;
611                                 max_contig = max(tail, max_contig);
612                         }
613                 }
614
615                 if (!seen_free)
616                         chunk->first_free = i + 1;
617
618                 /* update hint and mark allocated */
619                 if (i + 1 == chunk->map_used)
620                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
621                 else
622                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
623                                                  max_contig);
624
625                 chunk->free_size -= size;
626                 *p |= 1;
627
628                 *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
629                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
630                 return off;
631         }
632
633         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
634         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
635
636         /* tell the upper layer that this chunk has no matching area */
637         return -1;
638 }
639
640 /**
641  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
642  * @chunk: chunk of interest
643  * @freeme: offset of area to free
644  * @occ_pages_p: out param for the number of pages the area occupies
645  *
646  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
647  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
648  * the area.
649  *
650  * CONTEXT:
651  * pcpu_lock.
652  */
653 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme,
654                            int *occ_pages_p)
655 {
656         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
657         int off = 0;
658         unsigned i, j;
659         int to_free = 0;
660         int *p;
661
662         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
663         pcpu_stats_area_dealloc(chunk);
664
665         freeme |= 1;    /* we are searching for <given offset, in use> pair */
666
667         i = 0;
668         j = chunk->map_used;
669         while (i != j) {
670                 unsigned k = (i + j) / 2;
671                 off = chunk->map[k];
672                 if (off < freeme)
673                         i = k + 1;
674                 else if (off > freeme)
675                         j = k;
676                 else
677                         i = j = k;
678         }
679         BUG_ON(off != freeme);
680
681         if (i < chunk->first_free)
682                 chunk->first_free = i;
683
684         p = chunk->map + i;
685         *p = off &= ~1;
686         chunk->free_size += (p[1] & ~1) - off;
687
688         *occ_pages_p = pcpu_count_occupied_pages(chunk, i);
689
690         /* merge with next? */
691         if (!(p[1] & 1))
692                 to_free++;
693         /* merge with previous? */
694         if (i > 0 && !(p[-1] & 1)) {
695                 to_free++;
696                 i--;
697                 p--;
698         }
699         if (to_free) {
700                 chunk->map_used -= to_free;
701                 memmove(p + 1, p + 1 + to_free,
702                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
703         }
704
705         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i + 1] - chunk->map[i] - 1, chunk->contig_hint);
706         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
707 }
708
709 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(void)
710 {
711         struct pcpu_chunk *chunk;
712
713         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size);
714         if (!chunk)
715                 return NULL;
716
717         chunk->map = pcpu_mem_zalloc(PCPU_DFL_MAP_ALLOC *
718                                                 sizeof(chunk->map[0]));
719         if (!chunk->map) {
720                 pcpu_mem_free(chunk);
721                 return NULL;
722         }
723
724         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
725         chunk->map[0] = 0;
726         chunk->map[1] = pcpu_unit_size | 1;
727         chunk->map_used = 1;
728         chunk->has_reserved = false;
729
730         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
731         INIT_LIST_HEAD(&chunk->map_extend_list);
732         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
733         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
734
735         return chunk;
736 }
737
738 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
739 {
740         if (!chunk)
741                 return;
742         pcpu_mem_free(chunk->map);
743         pcpu_mem_free(chunk);
744 }
745
746 /**
747  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
748  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
749  * @page_start: the start page
750  * @page_end: the end page
751  *
752  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
753  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
754  * successful population.
755  */
756 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk,
757                                  int page_start, int page_end)
758 {
759         int nr = page_end - page_start;
760
761         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
762
763         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
764         chunk->nr_populated += nr;
765         pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
766 }
767
768 /**
769  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
770  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
771  * @page_start: the start page
772  * @page_end: the end page
773  *
774  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
775  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
776  * each successful depopulation.
777  */
778 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
779                                    int page_start, int page_end)
780 {
781         int nr = page_end - page_start;
782
783         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
784
785         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
786         chunk->nr_populated -= nr;
787         pcpu_nr_empty_pop_pages -= nr;
788 }
789
790 /*
791  * Chunk management implementation.
792  *
793  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
794  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
795  * into this file and compiled together.  The following functions
796  * should be implemented.
797  *
798  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
799  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
800  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
801  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
802  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
803  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
804  */
805 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
806 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size);
807 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(void);
808 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
809 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
810 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
811
812 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
813 #include "percpu-km.c"
814 #else
815 #include "percpu-vm.c"
816 #endif
817
818 /**
819  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
820  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
821  *
822  * RETURNS:
823  * The address of the found chunk.
824  */
825 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
826 {
827         /* is it in the first chunk? */
828         if (pcpu_addr_in_first_chunk(addr)) {
829                 /* is it in the reserved area? */
830                 if (pcpu_addr_in_reserved_chunk(addr))
831                         return pcpu_reserved_chunk;
832                 return pcpu_first_chunk;
833         }
834
835         /*
836          * The address is relative to unit0 which might be unused and
837          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
838          * current processor before looking it up in the vmalloc
839          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
840          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
841          */
842         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
843         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
844 }
845
846 /**
847  * pcpu_alloc - the percpu allocator
848  * @size: size of area to allocate in bytes
849  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
850  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
851  * @gfp: allocation flags
852  *
853  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
854  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic.
855  *
856  * RETURNS:
857  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
858  */
859 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
860                                  gfp_t gfp)
861 {
862         static int warn_limit = 10;
863         struct pcpu_chunk *chunk;
864         const char *err;
865         bool is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
866         int occ_pages = 0;
867         int slot, off, new_alloc, cpu, ret;
868         unsigned long flags;
869         void __percpu *ptr;
870
871         /*
872          * We want the lowest bit of offset available for in-use/free
873          * indicator, so force >= 16bit alignment and make size even.
874          */
875         if (unlikely(align < 2))
876                 align = 2;
877
878         size = ALIGN(size, 2);
879
880         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE ||
881                      !is_power_of_2(align))) {
882                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for percpu allocation\n",
883                      size, align);
884                 return NULL;
885         }
886
887         if (!is_atomic)
888                 mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
889
890         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
891
892         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
893         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
894                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
895
896                 if (size > chunk->contig_hint) {
897                         err = "alloc from reserved chunk failed";
898                         goto fail_unlock;
899                 }
900
901                 while ((new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic))) {
902                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
903                         if (is_atomic ||
904                             pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc) < 0) {
905                                 err = "failed to extend area map of reserved chunk";
906                                 goto fail;
907                         }
908                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
909                 }
910
911                 off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
912                                       &occ_pages);
913                 if (off >= 0)
914                         goto area_found;
915
916                 err = "alloc from reserved chunk failed";
917                 goto fail_unlock;
918         }
919
920 restart:
921         /* search through normal chunks */
922         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
923                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
924                         if (size > chunk->contig_hint)
925                                 continue;
926
927                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, is_atomic);
928                         if (new_alloc) {
929                                 if (is_atomic)
930                                         continue;
931                                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
932                                 if (pcpu_extend_area_map(chunk,
933                                                          new_alloc) < 0) {
934                                         err = "failed to extend area map";
935                                         goto fail;
936                                 }
937                                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
938                                 /*
939                                  * pcpu_lock has been dropped, need to
940                                  * restart cpu_slot list walking.
941                                  */
942                                 goto restart;
943                         }
944
945                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align, is_atomic,
946                                               &occ_pages);
947                         if (off >= 0)
948                                 goto area_found;
949                 }
950         }
951
952         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
953
954         /*
955          * No space left.  Create a new chunk.  We don't want multiple
956          * tasks to create chunks simultaneously.  Serialize and create iff
957          * there's still no empty chunk after grabbing the mutex.
958          */
959         if (is_atomic) {
960                 err = "atomic alloc failed, no space left";
961                 goto fail;
962         }
963
964         if (list_empty(&pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1])) {
965                 chunk = pcpu_create_chunk();
966                 if (!chunk) {
967                         err = "failed to allocate new chunk";
968                         goto fail;
969                 }
970
971                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
972                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
973         } else {
974                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
975         }
976
977         goto restart;
978
979 area_found:
980         pcpu_stats_area_alloc(chunk, size);
981         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
982
983         /* populate if not all pages are already there */
984         if (!is_atomic) {
985                 int page_start, page_end, rs, re;
986
987                 page_start = PFN_DOWN(off);
988                 page_end = PFN_UP(off + size);
989
990                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, page_start, page_end) {
991                         WARN_ON(chunk->immutable);
992
993                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re);
994
995                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
996                         if (ret) {
997                                 pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
998                                 err = "failed to populate";
999                                 goto fail_unlock;
1000                         }
1001                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1002                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1003                 }
1004
1005                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1006         }
1007
1008         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
1009                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1010                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= occ_pages;
1011                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1012         }
1013
1014         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1015                 pcpu_schedule_balance_work();
1016
1017         /* clear the areas and return address relative to base address */
1018         for_each_possible_cpu(cpu)
1019                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1020
1021         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1022         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1023
1024         trace_percpu_alloc_percpu(reserved, is_atomic, size, align,
1025                         chunk->base_addr, off, ptr);
1026
1027         return ptr;
1028
1029 fail_unlock:
1030         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1031 fail:
1032         trace_percpu_alloc_percpu_fail(reserved, is_atomic, size, align);
1033
1034         if (!is_atomic && warn_limit) {
1035                 pr_warn("allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1036                         size, align, is_atomic, err);
1037                 dump_stack();
1038                 if (!--warn_limit)
1039                         pr_info("limit reached, disable warning\n");
1040         }
1041         if (is_atomic) {
1042                 /* see the flag handling in pcpu_blance_workfn() */
1043                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1044                 pcpu_schedule_balance_work();
1045         } else {
1046                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1047         }
1048         return NULL;
1049 }
1050
1051 /**
1052  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1053  * @size: size of area to allocate in bytes
1054  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1055  * @gfp: allocation flags
1056  *
1057  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1058  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1059  * be called from any context but is a lot more likely to fail.
1060  *
1061  * RETURNS:
1062  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1063  */
1064 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1065 {
1066         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1067 }
1068 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1069
1070 /**
1071  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1072  * @size: size of area to allocate in bytes
1073  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1074  *
1075  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1076  */
1077 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1078 {
1079         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1080 }
1081 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1082
1083 /**
1084  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1085  * @size: size of area to allocate in bytes
1086  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1087  *
1088  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1089  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1090  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1091  * Might trigger writeouts.
1092  *
1093  * CONTEXT:
1094  * Does GFP_KERNEL allocation.
1095  *
1096  * RETURNS:
1097  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1098  */
1099 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1100 {
1101         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1102 }
1103
1104 /**
1105  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
1106  * @work: unused
1107  *
1108  * Reclaim all fully free chunks except for the first one.
1109  */
1110 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
1111 {
1112         LIST_HEAD(to_free);
1113         struct list_head *free_head = &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1];
1114         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1115         int slot, nr_to_pop, ret;
1116
1117         /*
1118          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1119          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1120          */
1121         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1122         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1123
1124         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1125                 WARN_ON(chunk->immutable);
1126
1127                 /* spare the first one */
1128                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
1129                         continue;
1130
1131                 list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1132                 list_move(&chunk->list, &to_free);
1133         }
1134
1135         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1136
1137         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
1138                 int rs, re;
1139
1140                 pcpu_for_each_pop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1141                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
1142                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1143                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
1144                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1145                 }
1146                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
1147         }
1148
1149         /* service chunks which requested async area map extension */
1150         do {
1151                 int new_alloc = 0;
1152
1153                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1154
1155                 chunk = list_first_entry_or_null(&pcpu_map_extend_chunks,
1156                                         struct pcpu_chunk, map_extend_list);
1157                 if (chunk) {
1158                         list_del_init(&chunk->map_extend_list);
1159                         new_alloc = pcpu_need_to_extend(chunk, false);
1160                 }
1161
1162                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1163
1164                 if (new_alloc)
1165                         pcpu_extend_area_map(chunk, new_alloc);
1166         } while (chunk);
1167
1168         /*
1169          * Ensure there are certain number of free populated pages for
1170          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
1171          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
1172          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
1173          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
1174          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
1175          * something we support properly and can be highly unreliable and
1176          * inefficient.
1177          */
1178 retry_pop:
1179         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
1180                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
1181                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
1182                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
1183         } else {
1184                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
1185                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
1186                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
1187         }
1188
1189         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
1190                 int nr_unpop = 0, rs, re;
1191
1192                 if (!nr_to_pop)
1193                         break;
1194
1195                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1196                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
1197                         nr_unpop = pcpu_unit_pages - chunk->nr_populated;
1198                         if (nr_unpop)
1199                                 break;
1200                 }
1201                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1202
1203                 if (!nr_unpop)
1204                         continue;
1205
1206                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
1207                 pcpu_for_each_unpop_region(chunk, rs, re, 0, pcpu_unit_pages) {
1208                         int nr = min(re - rs, nr_to_pop);
1209
1210                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr);
1211                         if (!ret) {
1212                                 nr_to_pop -= nr;
1213                                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1214                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
1215                                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1216                         } else {
1217                                 nr_to_pop = 0;
1218                         }
1219
1220                         if (!nr_to_pop)
1221                                 break;
1222                 }
1223         }
1224
1225         if (nr_to_pop) {
1226                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
1227                 chunk = pcpu_create_chunk();
1228                 if (chunk) {
1229                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
1230                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1231                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
1232                         goto retry_pop;
1233                 }
1234         }
1235
1236         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1237 }
1238
1239 /**
1240  * free_percpu - free percpu area
1241  * @ptr: pointer to area to free
1242  *
1243  * Free percpu area @ptr.
1244  *
1245  * CONTEXT:
1246  * Can be called from atomic context.
1247  */
1248 void free_percpu(void __percpu *ptr)
1249 {
1250         void *addr;
1251         struct pcpu_chunk *chunk;
1252         unsigned long flags;
1253         int off, occ_pages;
1254
1255         if (!ptr)
1256                 return;
1257
1258         kmemleak_free_percpu(ptr);
1259
1260         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
1261
1262         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1263
1264         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
1265         off = addr - chunk->base_addr;
1266
1267         pcpu_free_area(chunk, off, &occ_pages);
1268
1269         if (chunk != pcpu_reserved_chunk)
1270                 pcpu_nr_empty_pop_pages += occ_pages;
1271
1272         /* if there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper */
1273         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
1274                 struct pcpu_chunk *pos;
1275
1276                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_slot[pcpu_nr_slots - 1], list)
1277                         if (pos != chunk) {
1278                                 pcpu_schedule_balance_work();
1279                                 break;
1280                         }
1281         }
1282
1283         trace_percpu_free_percpu(chunk->base_addr, off, ptr);
1284
1285         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1286 }
1287 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
1288
1289 bool __is_kernel_percpu_address(unsigned long addr, unsigned long *can_addr)
1290 {
1291 #ifdef CONFIG_SMP
1292         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1293         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1294         unsigned int cpu;
1295
1296         for_each_possible_cpu(cpu) {
1297                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1298                 void *va = (void *)addr;
1299
1300                 if (va >= start && va < start + static_size) {
1301                         if (can_addr) {
1302                                 *can_addr = (unsigned long) (va - start);
1303                                 *can_addr += (unsigned long)
1304                                         per_cpu_ptr(base, get_boot_cpu_id());
1305                         }
1306                         return true;
1307                 }
1308         }
1309 #endif
1310         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
1311         return false;
1312 }
1313
1314 /**
1315  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
1316  * @addr: address to test
1317  *
1318  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
1319  * static percpu areas are not considered.  For those, use
1320  * is_module_percpu_address().
1321  *
1322  * RETURNS:
1323  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
1324  */
1325 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
1326 {
1327         return __is_kernel_percpu_address(addr, NULL);
1328 }
1329
1330 /**
1331  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
1332  * @addr: the address to be converted to physical address
1333  *
1334  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
1335  * percpu access macros, this function translates it into its physical
1336  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
1337  * until this function finishes.
1338  *
1339  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
1340  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
1341  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
1342  * km) provides translation.
1343  *
1344  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
1345  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
1346  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
1347  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
1348  * code.
1349  *
1350  * RETURNS:
1351  * The physical address for @addr.
1352  */
1353 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
1354 {
1355         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
1356         bool in_first_chunk = false;
1357         unsigned long first_low, first_high;
1358         unsigned int cpu;
1359
1360         /*
1361          * The following test on unit_low/high isn't strictly
1362          * necessary but will speed up lookups of addresses which
1363          * aren't in the first chunk.
1364          */
1365         first_low = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_low_unit_cpu, 0);
1366         first_high = pcpu_chunk_addr(pcpu_first_chunk, pcpu_high_unit_cpu,
1367                                      pcpu_unit_pages);
1368         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
1369             (unsigned long)addr < first_high) {
1370                 for_each_possible_cpu(cpu) {
1371                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
1372
1373                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
1374                                 in_first_chunk = true;
1375                                 break;
1376                         }
1377                 }
1378         }
1379
1380         if (in_first_chunk) {
1381                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
1382                         return __pa(addr);
1383                 else
1384                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
1385                                offset_in_page(addr);
1386         } else
1387                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
1388                        offset_in_page(addr);
1389 }
1390
1391 /**
1392  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
1393  * @nr_groups: the number of groups
1394  * @nr_units: the number of units
1395  *
1396  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
1397  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
1398  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
1399  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
1400  * pointer of other groups.
1401  *
1402  * RETURNS:
1403  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
1404  * failure.
1405  */
1406 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
1407                                                       int nr_units)
1408 {
1409         struct pcpu_alloc_info *ai;
1410         size_t base_size, ai_size;
1411         void *ptr;
1412         int unit;
1413
1414         base_size = ALIGN(sizeof(*ai) + nr_groups * sizeof(ai->groups[0]),
1415                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
1416         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
1417
1418         ptr = memblock_virt_alloc_nopanic(PFN_ALIGN(ai_size), 0);
1419         if (!ptr)
1420                 return NULL;
1421         ai = ptr;
1422         ptr += base_size;
1423
1424         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
1425
1426         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
1427                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
1428
1429         ai->nr_groups = nr_groups;
1430         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
1431
1432         return ai;
1433 }
1434
1435 /**
1436  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
1437  * @ai: pcpu_alloc_info to free
1438  *
1439  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
1440  */
1441 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
1442 {
1443         memblock_free_early(__pa(ai), ai->__ai_size);
1444 }
1445
1446 /**
1447  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
1448  * @lvl: loglevel
1449  * @ai: allocation info to dump
1450  *
1451  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
1452  */
1453 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
1454                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
1455 {
1456         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
1457         char empty_str[] = "--------";
1458         int alloc = 0, alloc_end = 0;
1459         int group, v;
1460         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
1461
1462         v = ai->nr_groups;
1463         while (v /= 10)
1464                 group_width++;
1465
1466         v = num_possible_cpus();
1467         while (v /= 10)
1468                 cpu_width++;
1469         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
1470
1471         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
1472         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
1473         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
1474
1475         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
1476                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
1477                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
1478
1479         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
1480                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1481                 int unit = 0, unit_end = 0;
1482
1483                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
1484                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
1485                      alloc < alloc_end; alloc++) {
1486                         if (!(alloc % apl)) {
1487                                 pr_cont("\n");
1488                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
1489                         }
1490                         pr_cont("[%0*d] ", group_width, group);
1491
1492                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
1493                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
1494                                         pr_cont("%0*d ",
1495                                                 cpu_width, gi->cpu_map[unit]);
1496                                 else
1497                                         pr_cont("%s ", empty_str);
1498                 }
1499         }
1500         pr_cont("\n");
1501 }
1502
1503 /**
1504  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
1505  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
1506  * @base_addr: mapped address
1507  *
1508  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
1509  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
1510  * setup path.
1511  *
1512  * @ai contains all information necessary to initialize the first
1513  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
1514  *
1515  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
1516  *
1517  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
1518  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
1519  * the first chunk such that it's available only through reserved
1520  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
1521  * static areas on architectures where the addressing model has
1522  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
1523  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
1524  *
1525  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
1526  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
1527  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
1528  *
1529  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
1530  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
1531  * @ai->dyn_size.
1532  *
1533  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
1534  * for vm areas.
1535  *
1536  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
1537  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
1538  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
1539  *
1540  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
1541  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
1542  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
1543  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
1544  * all units is assumed.
1545  *
1546  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
1547  * copied static data to each unit.
1548  *
1549  * If the first chunk ends up with both reserved and dynamic areas, it
1550  * is served by two chunks - one to serve the core static and reserved
1551  * areas and the other for the dynamic area.  They share the same vm
1552  * and page map but uses different area allocation map to stay away
1553  * from each other.  The latter chunk is circulated in the chunk slots
1554  * and available for dynamic allocation like any other chunks.
1555  *
1556  * RETURNS:
1557  * 0 on success, -errno on failure.
1558  */
1559 int __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
1560                                   void *base_addr)
1561 {
1562         static int smap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1563         static int dmap[PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS] __initdata;
1564         size_t dyn_size = ai->dyn_size;
1565         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + dyn_size;
1566         struct pcpu_chunk *schunk, *dchunk = NULL;
1567         unsigned long *group_offsets;
1568         size_t *group_sizes;
1569         unsigned long *unit_off;
1570         unsigned int cpu;
1571         int *unit_map;
1572         int group, unit, i;
1573
1574 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
1575         if (unlikely(cond)) {                                           \
1576                 pr_emerg("failed to initialize, %s\n", #cond);          \
1577                 pr_emerg("cpu_possible_mask=%*pb\n",                    \
1578                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
1579                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
1580                 BUG();                                                  \
1581         }                                                               \
1582 } while (0)
1583
1584         /* sanity checks */
1585         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
1586 #ifdef CONFIG_SMP
1587         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
1588         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
1589 #endif
1590         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
1591         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
1592         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
1593         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
1594         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1595         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
1596         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
1597
1598         /* process group information and build config tables accordingly */
1599         group_offsets = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1600                                              sizeof(group_offsets[0]), 0);
1601         group_sizes = memblock_virt_alloc(ai->nr_groups *
1602                                            sizeof(group_sizes[0]), 0);
1603         unit_map = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]), 0);
1604         unit_off = memblock_virt_alloc(nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]), 0);
1605
1606         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
1607                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
1608
1609         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
1610         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
1611
1612         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
1613                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1614
1615                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
1616                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
1617
1618                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
1619                         cpu = gi->cpu_map[i];
1620                         if (cpu == NR_CPUS)
1621                                 continue;
1622
1623                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
1624                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
1625                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
1626
1627                         unit_map[cpu] = unit + i;
1628                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
1629
1630                         /* determine low/high unit_cpu */
1631                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
1632                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
1633                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
1634                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
1635                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
1636                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
1637                 }
1638         }
1639         pcpu_nr_units = unit;
1640
1641         for_each_possible_cpu(cpu)
1642                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
1643
1644         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
1645 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
1646         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
1647
1648         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
1649         pcpu_group_offsets = group_offsets;
1650         pcpu_group_sizes = group_sizes;
1651         pcpu_unit_map = unit_map;
1652         pcpu_unit_offsets = unit_off;
1653
1654         /* determine basic parameters */
1655         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
1656         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
1657         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
1658         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk) +
1659                 BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages) * sizeof(unsigned long);
1660
1661         pcpu_stats_save_ai(ai);
1662
1663         /*
1664          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
1665          * empty chunks.
1666          */
1667         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
1668         pcpu_slot = memblock_virt_alloc(
1669                         pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]), 0);
1670         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
1671                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
1672
1673         /*
1674          * Initialize static chunk.  If reserved_size is zero, the
1675          * static chunk covers static area + dynamic allocation area
1676          * in the first chunk.  If reserved_size is not zero, it
1677          * covers static area + reserved area (mostly used for module
1678          * static percpu allocation).
1679          */
1680         schunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1681         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
1682         INIT_LIST_HEAD(&schunk->map_extend_list);
1683         schunk->base_addr = base_addr;
1684         schunk->map = smap;
1685         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
1686         schunk->immutable = true;
1687         bitmap_fill(schunk->populated, pcpu_unit_pages);
1688         schunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1689
1690         if (ai->reserved_size) {
1691                 schunk->free_size = ai->reserved_size;
1692                 pcpu_reserved_chunk = schunk;
1693                 pcpu_reserved_chunk_limit = ai->static_size + ai->reserved_size;
1694         } else {
1695                 schunk->free_size = dyn_size;
1696                 dyn_size = 0;                   /* dynamic area covered */
1697         }
1698         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
1699
1700         schunk->map[0] = 1;
1701         schunk->map[1] = ai->static_size;
1702         schunk->map_used = 1;
1703         if (schunk->free_size)
1704                 schunk->map[++schunk->map_used] = ai->static_size + schunk->free_size;
1705         schunk->map[schunk->map_used] |= 1;
1706         schunk->has_reserved = true;
1707
1708         /* init dynamic chunk if necessary */
1709         if (dyn_size) {
1710                 dchunk = memblock_virt_alloc(pcpu_chunk_struct_size, 0);
1711                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->list);
1712                 INIT_LIST_HEAD(&dchunk->map_extend_list);
1713                 dchunk->base_addr = base_addr;
1714                 dchunk->map = dmap;
1715                 dchunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(dmap);
1716                 dchunk->immutable = true;
1717                 bitmap_fill(dchunk->populated, pcpu_unit_pages);
1718                 dchunk->nr_populated = pcpu_unit_pages;
1719
1720                 dchunk->contig_hint = dchunk->free_size = dyn_size;
1721                 dchunk->map[0] = 1;
1722                 dchunk->map[1] = pcpu_reserved_chunk_limit;
1723                 dchunk->map[2] = (pcpu_reserved_chunk_limit + dchunk->free_size) | 1;
1724                 dchunk->map_used = 2;
1725                 dchunk->has_reserved = true;
1726         }
1727
1728         /* link the first chunk in */
1729         pcpu_first_chunk = dchunk ?: schunk;
1730         pcpu_nr_empty_pop_pages +=
1731                 pcpu_count_occupied_pages(pcpu_first_chunk, 1);
1732         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
1733
1734         pcpu_stats_chunk_alloc();
1735         trace_percpu_create_chunk(base_addr);
1736
1737         /* we're done */
1738         pcpu_base_addr = base_addr;
1739         return 0;
1740 }
1741
1742 #ifdef CONFIG_SMP
1743
1744 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
1745         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
1746         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
1747         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
1748 };
1749
1750 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
1751
1752 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
1753 {
1754         if (!str)
1755                 return -EINVAL;
1756
1757         if (0)
1758                 /* nada */;
1759 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
1760         else if (!strcmp(str, "embed"))
1761                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
1762 #endif
1763 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
1764         else if (!strcmp(str, "page"))
1765                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
1766 #endif
1767         else
1768                 pr_warn("unknown allocator %s specified\n", str);
1769
1770         return 0;
1771 }
1772 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
1773
1774 /*
1775  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
1776  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
1777  * to be used.
1778  */
1779 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
1780         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
1781 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
1782 #endif
1783
1784 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
1785 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
1786 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
1787 #endif
1788
1789 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
1790 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
1791 /**
1792  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
1793  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1794  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1795  * @atom_size: allocation atom size
1796  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1797  *
1798  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
1799  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
1800  * atom size and distances between CPUs.
1801  *
1802  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
1803  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
1804  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
1805  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
1806  * of allocated virtual address space.
1807  *
1808  * RETURNS:
1809  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
1810  * failure, ERR_PTR value is returned.
1811  */
1812 static struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_build_alloc_info(
1813                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1814                                 size_t atom_size,
1815                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
1816 {
1817         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
1818         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
1819         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
1820         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
1821         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
1822         int upa, max_upa, uninitialized_var(best_upa);  /* units_per_alloc */
1823         int last_allocs, group, unit;
1824         unsigned int cpu, tcpu;
1825         struct pcpu_alloc_info *ai;
1826         unsigned int *cpu_map;
1827
1828         /* this function may be called multiple times */
1829         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
1830         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
1831
1832         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
1833         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
1834                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
1835         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
1836
1837         /*
1838          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
1839          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
1840          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
1841          * or larger than min_unit_size.
1842          */
1843         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
1844
1845         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
1846         upa = alloc_size / min_unit_size;
1847         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1848                 upa--;
1849         max_upa = upa;
1850
1851         /* group cpus according to their proximity */
1852         for_each_possible_cpu(cpu) {
1853                 group = 0;
1854         next_group:
1855                 for_each_possible_cpu(tcpu) {
1856                         if (cpu == tcpu)
1857                                 break;
1858                         if (group_map[tcpu] == group && cpu_distance_fn &&
1859                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) > LOCAL_DISTANCE ||
1860                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) > LOCAL_DISTANCE)) {
1861                                 group++;
1862                                 nr_groups = max(nr_groups, group + 1);
1863                                 goto next_group;
1864                         }
1865                 }
1866                 group_map[cpu] = group;
1867                 group_cnt[group]++;
1868         }
1869
1870         /*
1871          * Expand unit size until address space usage goes over 75%
1872          * and then as much as possible without using more address
1873          * space.
1874          */
1875         last_allocs = INT_MAX;
1876         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
1877                 int allocs = 0, wasted = 0;
1878
1879                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
1880                         continue;
1881
1882                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1883                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
1884                         allocs += this_allocs;
1885                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
1886                 }
1887
1888                 /*
1889                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
1890                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
1891                  * passes the following check.
1892                  */
1893                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
1894                         continue;
1895
1896                 /* and then don't consume more memory */
1897                 if (allocs > last_allocs)
1898                         break;
1899                 last_allocs = allocs;
1900                 best_upa = upa;
1901         }
1902         upa = best_upa;
1903
1904         /* allocate and fill alloc_info */
1905         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
1906                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
1907
1908         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
1909         if (!ai)
1910                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1911         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
1912
1913         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
1914                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
1915                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
1916         }
1917
1918         ai->static_size = static_size;
1919         ai->reserved_size = reserved_size;
1920         ai->dyn_size = dyn_size;
1921         ai->unit_size = alloc_size / upa;
1922         ai->atom_size = atom_size;
1923         ai->alloc_size = alloc_size;
1924
1925         for (group = 0, unit = 0; group_cnt[group]; group++) {
1926                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
1927
1928                 /*
1929                  * Initialize base_offset as if all groups are located
1930                  * back-to-back.  The caller should update this to
1931                  * reflect actual allocation.
1932                  */
1933                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
1934
1935                 for_each_possible_cpu(cpu)
1936                         if (group_map[cpu] == group)
1937                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
1938                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
1939                 unit += gi->nr_units;
1940         }
1941         BUG_ON(unit != nr_units);
1942
1943         return ai;
1944 }
1945 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
1946
1947 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
1948 /**
1949  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
1950  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
1951  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
1952  * @atom_size: allocation atom size
1953  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
1954  * @alloc_fn: function to allocate percpu page
1955  * @free_fn: function to free percpu page
1956  *
1957  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
1958  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
1959  *
1960  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
1961  * by calling @alloc_fn and used as-is without being mapped into
1962  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
1963  * aligned to @atom_size.
1964  *
1965  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
1966  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
1967  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
1968  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
1969  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
1970  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
1971  *
1972  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
1973  *
1974  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
1975  * size, the leftover is returned using @free_fn.
1976  *
1977  * RETURNS:
1978  * 0 on success, -errno on failure.
1979  */
1980 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
1981                                   size_t atom_size,
1982                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
1983                                   pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
1984                                   pcpu_fc_free_fn_t free_fn)
1985 {
1986         void *base = (void *)ULONG_MAX;
1987         void **areas = NULL;
1988         struct pcpu_alloc_info *ai;
1989         size_t size_sum, areas_size;
1990         unsigned long max_distance;
1991         int group, i, highest_group, rc;
1992
1993         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
1994                                    cpu_distance_fn);
1995         if (IS_ERR(ai))
1996                 return PTR_ERR(ai);
1997
1998         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
1999         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
2000
2001         areas = memblock_virt_alloc_nopanic(areas_size, 0);
2002         if (!areas) {
2003                 rc = -ENOMEM;
2004                 goto out_free;
2005         }
2006
2007         /* allocate, copy and determine base address & max_distance */
2008         highest_group = 0;
2009         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2010                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2011                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
2012                 void *ptr;
2013
2014                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
2015                         cpu = gi->cpu_map[i];
2016                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
2017
2018                 /* allocate space for the whole group */
2019                 ptr = alloc_fn(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size);
2020                 if (!ptr) {
2021                         rc = -ENOMEM;
2022                         goto out_free_areas;
2023                 }
2024                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2025                 kmemleak_free(ptr);
2026                 areas[group] = ptr;
2027
2028                 base = min(ptr, base);
2029                 if (ptr > areas[highest_group])
2030                         highest_group = group;
2031         }
2032         max_distance = areas[highest_group] - base;
2033         max_distance += ai->unit_size * ai->groups[highest_group].nr_units;
2034
2035         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
2036         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
2037                 pr_warn("max_distance=0x%lx too large for vmalloc space 0x%lx\n",
2038                                 max_distance, VMALLOC_TOTAL);
2039 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2040                 /* and fail if we have fallback */
2041                 rc = -EINVAL;
2042                 goto out_free_areas;
2043 #endif
2044         }
2045
2046         /*
2047          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
2048          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
2049          * overlapping groups.
2050          */
2051         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2052                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2053                 void *ptr = areas[group];
2054
2055                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
2056                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
2057                                 /* unused unit, free whole */
2058                                 free_fn(ptr, ai->unit_size);
2059                                 continue;
2060                         }
2061                         /* copy and return the unused part */
2062                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2063                         free_fn(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
2064                 }
2065         }
2066
2067         /* base address is now known, determine group base offsets */
2068         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2069                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
2070         }
2071
2072         pr_info("Embedded %zu pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
2073                 PFN_DOWN(size_sum), base, ai->static_size, ai->reserved_size,
2074                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
2075
2076         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
2077         goto out_free;
2078
2079 out_free_areas:
2080         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
2081                 if (areas[group])
2082                         free_fn(areas[group],
2083                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
2084 out_free:
2085         pcpu_free_alloc_info(ai);
2086         if (areas)
2087                 memblock_free_early(__pa(areas), areas_size);
2088         return rc;
2089 }
2090 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
2091
2092 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2093 /**
2094  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
2095  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2096  * @alloc_fn: function to allocate percpu page, always called with PAGE_SIZE
2097  * @free_fn: function to free percpu page, always called with PAGE_SIZE
2098  * @populate_pte_fn: function to populate pte
2099  *
2100  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
2101  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
2102  *
2103  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
2104  * page-by-page into vmalloc area.
2105  *
2106  * RETURNS:
2107  * 0 on success, -errno on failure.
2108  */
2109 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size,
2110                                  pcpu_fc_alloc_fn_t alloc_fn,
2111                                  pcpu_fc_free_fn_t free_fn,
2112                                  pcpu_fc_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
2113 {
2114         static struct vm_struct vm;
2115         struct pcpu_alloc_info *ai;
2116         char psize_str[16];
2117         int unit_pages;
2118         size_t pages_size;
2119         struct page **pages;
2120         int unit, i, j, rc;
2121         int upa;
2122         int nr_g0_units;
2123
2124         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
2125
2126         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
2127         if (IS_ERR(ai))
2128                 return PTR_ERR(ai);
2129         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
2130         upa = ai->alloc_size/ai->unit_size;
2131         nr_g0_units = roundup(num_possible_cpus(), upa);
2132         if (unlikely(WARN_ON(ai->groups[0].nr_units != nr_g0_units))) {
2133                 pcpu_free_alloc_info(ai);
2134                 return -EINVAL;
2135         }
2136
2137         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2138
2139         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
2140         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
2141                                sizeof(pages[0]));
2142         pages = memblock_virt_alloc(pages_size, 0);
2143
2144         /* allocate pages */
2145         j = 0;
2146         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2147                 unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
2148                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
2149                         void *ptr;
2150
2151                         ptr = alloc_fn(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE);
2152                         if (!ptr) {
2153                                 pr_warn("failed to allocate %s page for cpu%u\n",
2154                                                 psize_str, cpu);
2155                                 goto enomem;
2156                         }
2157                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2158                         kmemleak_free(ptr);
2159                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
2160                 }
2161         }
2162
2163         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
2164         vm.flags = VM_ALLOC;
2165         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
2166         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
2167
2168         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
2169                 unsigned long unit_addr =
2170                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
2171
2172                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
2173                         populate_pte_fn(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
2174
2175                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
2176                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
2177                                       unit_pages);
2178                 if (rc < 0)
2179                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
2180
2181                 /*
2182                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
2183                  * cache for the linear mapping here - something
2184                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
2185                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
2186                  * data structures are not set up yet.
2187                  */
2188
2189                 /* copy static data */
2190                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
2191         }
2192
2193         /* we're ready, commit */
2194         pr_info("%d %s pages/cpu @%p s%zu r%zu d%zu\n",
2195                 unit_pages, psize_str, vm.addr, ai->static_size,
2196                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
2197
2198         rc = pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
2199         goto out_free_ar;
2200
2201 enomem:
2202         while (--j >= 0)
2203                 free_fn(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
2204         rc = -ENOMEM;
2205 out_free_ar:
2206         memblock_free_early(__pa(pages), pages_size);
2207         pcpu_free_alloc_info(ai);
2208         return rc;
2209 }
2210 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
2211
2212 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
2213 /*
2214  * Generic SMP percpu area setup.
2215  *
2216  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
2217  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
2218  * important because many archs have addressing restrictions and might
2219  * fail if the percpu area is located far away from the previous
2220  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
2221  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
2222  * on the physical linear memory mapping which uses large page
2223  * mappings on applicable archs.
2224  */
2225 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
2226 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
2227
2228 static void * __init pcpu_dfl_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size,
2229                                        size_t align)
2230 {
2231         return  memblock_virt_alloc_from_nopanic(
2232                         size, align, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2233 }
2234
2235 static void __init pcpu_dfl_fc_free(void *ptr, size_t size)
2236 {
2237         memblock_free_early(__pa(ptr), size);
2238 }
2239
2240 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2241 {
2242         unsigned long delta;
2243         unsigned int cpu;
2244         int rc;
2245
2246         /*
2247          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
2248          * what the legacy allocator did.
2249          */
2250         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE,
2251                                     PERCPU_DYNAMIC_RESERVE, PAGE_SIZE, NULL,
2252                                     pcpu_dfl_fc_alloc, pcpu_dfl_fc_free);
2253         if (rc < 0)
2254                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2255
2256         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
2257         for_each_possible_cpu(cpu)
2258                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
2259 }
2260 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
2261
2262 #else   /* CONFIG_SMP */
2263
2264 /*
2265  * UP percpu area setup.
2266  *
2267  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
2268  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
2269  * variables and don't require any special preparation.
2270  */
2271 void __init setup_per_cpu_areas(void)
2272 {
2273         const size_t unit_size =
2274                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
2275                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
2276         struct pcpu_alloc_info *ai;
2277         void *fc;
2278
2279         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
2280         fc = memblock_virt_alloc_from_nopanic(unit_size,
2281                                               PAGE_SIZE,
2282                                               __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
2283         if (!ai || !fc)
2284                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
2285         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
2286         kmemleak_free(fc);
2287
2288         ai->dyn_size = unit_size;
2289         ai->unit_size = unit_size;
2290         ai->atom_size = unit_size;
2291         ai->alloc_size = unit_size;
2292         ai->groups[0].nr_units = 1;
2293         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
2294
2295         if (pcpu_setup_first_chunk(ai, fc) < 0)
2296                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
2297 }
2298
2299 #endif  /* CONFIG_SMP */
2300
2301 /*
2302  * First and reserved chunks are initialized with temporary allocation
2303  * map in initdata so that they can be used before slab is online.
2304  * This function is called after slab is brought up and replaces those
2305  * with properly allocated maps.
2306  */
2307 void __init percpu_init_late(void)
2308 {
2309         struct pcpu_chunk *target_chunks[] =
2310                 { pcpu_first_chunk, pcpu_reserved_chunk, NULL };
2311         struct pcpu_chunk *chunk;
2312         unsigned long flags;
2313         int i;
2314
2315         for (i = 0; (chunk = target_chunks[i]); i++) {
2316                 int *map;
2317                 const size_t size = PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SLOTS * sizeof(map[0]);
2318
2319                 BUILD_BUG_ON(size > PAGE_SIZE);
2320
2321                 map = pcpu_mem_zalloc(size);
2322                 BUG_ON(!map);
2323
2324                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2325                 memcpy(map, chunk->map, size);
2326                 chunk->map = map;
2327                 spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2328         }
2329 }
2330
2331 /*
2332  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
2333  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
2334  * and running.
2335  */
2336 static int __init percpu_enable_async(void)
2337 {
2338         pcpu_async_enabled = true;
2339         return 0;
2340 }
2341 subsys_initcall(percpu_enable_async);