mm/vmalloc.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
   4  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
   5  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
   6  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
   7  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
   8  *  Improving global KVA allocator, Uladzislau Rezki, Sony, May 2019
   9  */
  10
  11 #include <linux/vmalloc.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/module.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/sched/signal.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/spinlock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/proc_fs.h>
  20 #include <linux/seq_file.h>
  21 #include <linux/set_memory.h>
  22 #include <linux/debugobjects.h>
  23 #include <linux/kallsyms.h>
  24 #include <linux/list.h>
  25 #include <linux/notifier.h>
  26 #include <linux/rbtree.h>
  27 #include <linux/xarray.h>
  28 #include <linux/io.h>
  29 #include <linux/rcupdate.h>
  30 #include <linux/pfn.h>
  31 #include <linux/kmemleak.h>
  32 #include <linux/atomic.h>
  33 #include <linux/compiler.h>
  34 #include <linux/llist.h>
  35 #include <linux/bitops.h>
  36 #include <linux/rbtree_augmented.h>
  37 #include <linux/overflow.h>
  38 #include <linux/pgtable.h>
  39 #include <linux/uaccess.h>
  40 #include <linux/hugetlb.h>
  41 #include <asm/tlbflush.h>
  42 #include <asm/shmparam.h>
  43
  44 #include "internal.h"
  45 #include "pgalloc-track.h"
  46
  47 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
  48 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
  49
  50 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
  51 {
  52         vmap_allow_huge = false;
  53         return 0;
  54 }
  55 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
  56 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  57 static const bool vmap_allow_huge = false;
  58 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  59
  60 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
  61 {
  62         unsigned long addr = (unsigned long)x;
  63
  64         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
  65 }
  66 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
  67
  68 struct vfree_deferred {
  69         struct llist_head list;
  70         struct work_struct wq;
  71 };
  72 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
  73
  74 static void __vunmap(const void *, int);
  75
  76 static void free_work(struct work_struct *w)
  77 {
  78         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
  79         struct llist_node *t, *llnode;
  80
  81         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
  82                 __vunmap((void *)llnode, 1);
  83 }
  84
  85 /*** Page table manipulation functions ***/
  86 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
  87                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
  88                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
  89 {
  90         pte_t *pte;
  91         u64 pfn;
  92         unsigned long size = PAGE_SIZE;
  93
  94         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
  95         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
  96         if (!pte)
  97                 return -ENOMEM;
  98         do {
  99                 BUG_ON(!pte_none(*pte));
 100
 101 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 102                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
 103                 if (size != PAGE_SIZE) {
 104                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
 105
 106                         entry = pte_mkhuge(entry);
 107                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
 108                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry);
 109                         pfn += PFN_DOWN(size);
 110                         continue;
 111                 }
 112 #endif
 113                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
 114                 pfn++;
 115         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
 116         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 117         return 0;
 118 }
 119
 120 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 121                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 122                         unsigned int max_page_shift)
 123 {
 124         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
 125                 return 0;
 126
 127         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
 128                 return 0;
 129
 130         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
 131                 return 0;
 132
 133         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
 134                 return 0;
 135
 136         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
 137                 return 0;
 138
 139         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
 140                 return 0;
 141
 142         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
 143 }
 144
 145 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 146                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 147                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 148 {
 149         pmd_t *pmd;
 150         unsigned long next;
 151
 152         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 153         if (!pmd)
 154                 return -ENOMEM;
 155         do {
 156                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 157
 158                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
 159                                         max_page_shift)) {
 160                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 161                         continue;
 162                 }
 163
 164                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
 165                         return -ENOMEM;
 166         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 167         return 0;
 168 }
 169
 170 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 171                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 172                         unsigned int max_page_shift)
 173 {
 174         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
 175                 return 0;
 176
 177         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
 178                 return 0;
 179
 180         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
 181                 return 0;
 182
 183         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
 184                 return 0;
 185
 186         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
 187                 return 0;
 188
 189         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
 190                 return 0;
 191
 192         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
 193 }
 194
 195 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 196                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 197                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 198 {
 199         pud_t *pud;
 200         unsigned long next;
 201
 202         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 203         if (!pud)
 204                 return -ENOMEM;
 205         do {
 206                 next = pud_addr_end(addr, end);
 207
 208                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 209                                         max_page_shift)) {
 210                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 211                         continue;
 212                 }
 213
 214                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 215                                         max_page_shift, mask))
 216                         return -ENOMEM;
 217         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 218         return 0;
 219 }
 220
 221 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 222                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 223                         unsigned int max_page_shift)
 224 {
 225         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
 226                 return 0;
 227
 228         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
 229                 return 0;
 230
 231         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
 232                 return 0;
 233
 234         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
 235                 return 0;
 236
 237         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
 238                 return 0;
 239
 240         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
 241                 return 0;
 242
 243         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
 244 }
 245
 246 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 247                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 248                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 249 {
 250         p4d_t *p4d;
 251         unsigned long next;
 252
 253         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 254         if (!p4d)
 255                 return -ENOMEM;
 256         do {
 257                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 258
 259                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 260                                         max_page_shift)) {
 261                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 262                         continue;
 263                 }
 264
 265                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 266                                         max_page_shift, mask))
 267                         return -ENOMEM;
 268         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 269         return 0;
 270 }
 271
 272 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 273                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 274                         unsigned int max_page_shift)
 275 {
 276         pgd_t *pgd;
 277         unsigned long start;
 278         unsigned long next;
 279         int err;
 280         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 281
 282         might_sleep();
 283         BUG_ON(addr >= end);
 284
 285         start = addr;
 286         pgd = pgd_offset_k(addr);
 287         do {
 288                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 289                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
 290                                         max_page_shift, &mask);
 291                 if (err)
 292                         break;
 293         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 294
 295         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 296                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 297
 298         return err;
 299 }
 300
 301 int vmap_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 302                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 303                         unsigned int max_page_shift)
 304 {
 305         int err;
 306
 307         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, prot, max_page_shift);
 308         flush_cache_vmap(addr, end);
 309
 310         return err;
 311 }
 312
 313 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 314                              pgtbl_mod_mask *mask)
 315 {
 316         pte_t *pte;
 317
 318         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 319         do {
 320                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
 321                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
 322         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 323         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 324 }
 325
 326 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 327                              pgtbl_mod_mask *mask)
 328 {
 329         pmd_t *pmd;
 330         unsigned long next;
 331         int cleared;
 332
 333         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 334         do {
 335                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 336
 337                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
 338                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
 339                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 340
 341                 if (cleared)
 342                         continue;
 343                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
 344                         continue;
 345                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
 346
 347                 cond_resched();
 348         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 349 }
 350
 351 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 352                              pgtbl_mod_mask *mask)
 353 {
 354         pud_t *pud;
 355         unsigned long next;
 356         int cleared;
 357
 358         pud = pud_offset(p4d, addr);
 359         do {
 360                 next = pud_addr_end(addr, end);
 361
 362                 cleared = pud_clear_huge(pud);
 363                 if (cleared || pud_bad(*pud))
 364                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 365
 366                 if (cleared)
 367                         continue;
 368                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 369                         continue;
 370                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
 371         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 372 }
 373
 374 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 375                              pgtbl_mod_mask *mask)
 376 {
 377         p4d_t *p4d;
 378         unsigned long next;
 379         int cleared;
 380
 381         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 382         do {
 383                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 384
 385                 cleared = p4d_clear_huge(p4d);
 386                 if (cleared || p4d_bad(*p4d))
 387                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 388
 389                 if (cleared)
 390                         continue;
 391                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
 392                         continue;
 393                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
 394         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 395 }
 396
 397 /*
 398  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
 399  * flush caches or TLBs.
 400  *
 401  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
 402  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
 403  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
 404  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
 405  * coalesced).
 406  *
 407  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 408  */
 409 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 410 {
 411         unsigned long next;
 412         pgd_t *pgd;
 413         unsigned long addr = start;
 414         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 415
 416         BUG_ON(addr >= end);
 417         pgd = pgd_offset_k(addr);
 418         do {
 419                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 420                 if (pgd_bad(*pgd))
 421                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 422                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 423                         continue;
 424                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
 425         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 426
 427         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 428                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 429 }
 430
 431 /**
 432  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
 433  * @addr: start of the VM area to unmap
 434  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
 435  *
 436  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
 437  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
 438  * is a kernel bug.
 439  */
 440 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
 441 {
 442         flush_cache_vunmap(addr, end);
 443         vunmap_range_noflush(addr, end);
 444         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
 445 }
 446
 447 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 448                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 449                 pgtbl_mod_mask *mask)
 450 {
 451         pte_t *pte;
 452
 453         /*
 454          * nr is a running index into the array which helps higher level
 455          * callers keep track of where we're up to.
 456          */
 457
 458         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 459         if (!pte)
 460                 return -ENOMEM;
 461         do {
 462                 struct page *page = pages[*nr];
 463
 464                 if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))
 465                         return -EBUSY;
 466                 if (WARN_ON(!page))
 467                         return -ENOMEM;
 468                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
 469                 (*nr)++;
 470         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 471         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 472         return 0;
 473 }
 474
 475 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
 476                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 477                 pgtbl_mod_mask *mask)
 478 {
 479         pmd_t *pmd;
 480         unsigned long next;
 481
 482         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 483         if (!pmd)
 484                 return -ENOMEM;
 485         do {
 486                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 487                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 488                         return -ENOMEM;
 489         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 490         return 0;
 491 }
 492
 493 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
 494                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 495                 pgtbl_mod_mask *mask)
 496 {
 497         pud_t *pud;
 498         unsigned long next;
 499
 500         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 501         if (!pud)
 502                 return -ENOMEM;
 503         do {
 504                 next = pud_addr_end(addr, end);
 505                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 506                         return -ENOMEM;
 507         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 508         return 0;
 509 }
 510
 511 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 512                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 513                 pgtbl_mod_mask *mask)
 514 {
 515         p4d_t *p4d;
 516         unsigned long next;
 517
 518         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 519         if (!p4d)
 520                 return -ENOMEM;
 521         do {
 522                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 523                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 524                         return -ENOMEM;
 525         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 526         return 0;
 527 }
 528
 529 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 530                 pgprot_t prot, struct page **pages)
 531 {
 532         unsigned long start = addr;
 533         pgd_t *pgd;
 534         unsigned long next;
 535         int err = 0;
 536         int nr = 0;
 537         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 538
 539         BUG_ON(addr >= end);
 540         pgd = pgd_offset_k(addr);
 541         do {
 542                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 543                 if (pgd_bad(*pgd))
 544                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 545                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
 546                 if (err)
 547                         return err;
 548         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 549
 550         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 551                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 552
 553         return 0;
 554 }
 555
 556 /*
 557  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
 558  * flush caches.
 559  *
 560  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
 561  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
 562  *
 563  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 564  */
 565 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 566                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 567 {
 568         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
 569
 570         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
 571
 572         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
 573                         page_shift == PAGE_SHIFT)
 574                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
 575
 576         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
 577                 int err;
 578
 579                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
 580                                         __pa(page_address(pages[i])), prot,
 581                                         page_shift);
 582                 if (err)
 583                         return err;
 584
 585                 addr += 1UL << page_shift;
 586         }
 587
 588         return 0;
 589 }
 590
 591 /**
 592  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
 593  * @addr: start of the VM area to map
 594  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
 595  * @prot: page protection flags to use
 596  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 597  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
 598  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
 599  *
 600  * RETURNS:
 601  * 0 on success, -errno on failure.
 602  */
 603 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 604                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 605 {
 606         int err;
 607
 608         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 609         flush_cache_vmap(addr, end);
 610         return err;
 611 }
 612
 613 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
 614 {
 615         /*
 616          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
 617          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
 618          * just put it in the vmalloc space.
 619          */
 620 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
 621         unsigned long addr = (unsigned long)x;
 622         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
 623                 return 1;
 624 #endif
 625         return is_vmalloc_addr(x);
 626 }
 627
 628 /*
 629  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
 630  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
 631  * matches small vmap mappings.
 632  */
 633 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
 634 {
 635         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
 636         struct page *page = NULL;
 637         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 638         p4d_t *p4d;
 639         pud_t *pud;
 640         pmd_t *pmd;
 641         pte_t *ptep, pte;
 642
 643         /*
 644          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
 645          * architectures that do not vmalloc module space
 646          */
 647         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
 648
 649         if (pgd_none(*pgd))
 650                 return NULL;
 651         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
 652                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
 653         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
 654                 return NULL;
 655
 656         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 657         if (p4d_none(*p4d))
 658                 return NULL;
 659         if (p4d_leaf(*p4d))
 660                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 661         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
 662                 return NULL;
 663
 664         pud = pud_offset(p4d, addr);
 665         if (pud_none(*pud))
 666                 return NULL;
 667         if (pud_leaf(*pud))
 668                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 669         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
 670                 return NULL;
 671
 672         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 673         if (pmd_none(*pmd))
 674                 return NULL;
 675         if (pmd_leaf(*pmd))
 676                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 677         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
 678                 return NULL;
 679
 680         ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
 681         pte = *ptep;
 682         if (pte_present(pte))
 683                 page = pte_page(pte);
 684         pte_unmap(ptep);
 685
 686         return page;
 687 }
 688 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
 689
 690 /*
 691  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
 692  */
 693 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
 694 {
 695         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
 696 }
 697 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
 698
 699
 700 /*** Global kva allocator ***/
 701
 702 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
 703 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
 704
 705
 706 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
 707 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
 708 /* Export for kexec only */
 709 LIST_HEAD(vmap_area_list);
 710 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
 711 static bool vmap_initialized __read_mostly;
 712
 713 static struct rb_root purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
 714 static LIST_HEAD(purge_vmap_area_list);
 715 static DEFINE_SPINLOCK(purge_vmap_area_lock);
 716
 717 /*
 718  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
 719  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
 720  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
 721  * free block.
 722  */
 723 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
 724
 725 /*
 726  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
 727  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
 728  */
 729 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
 730
 731 /*
 732  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
 733  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
 734  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
 735  * object is released.
 736  *
 737  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
 738  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
 739  * find a lowest match of free area.
 740  */
 741 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
 742
 743 /*
 744  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
 745  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
 746  * to use more permissive allocation masks.
 747  */
 748 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
 749
 750 static __always_inline unsigned long
 751 va_size(struct vmap_area *va)
 752 {
 753         return (va->va_end - va->va_start);
 754 }
 755
 756 static __always_inline unsigned long
 757 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
 758 {
 759         struct vmap_area *va;
 760
 761         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
 762         return va ? va->subtree_max_size : 0;
 763 }
 764
 765 /*
 766  * Gets called when remove the node and rotate.
 767  */
 768 static __always_inline unsigned long
 769 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
 770 {
 771         return max3(va_size(va),
 772                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
 773                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
 774 }
 775
 776 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
 777         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
 778
 779 static void purge_vmap_area_lazy(void);
 780 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
 781 static unsigned long lazy_max_pages(void);
 782
 783 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
 784
 785 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
 786 {
 787         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
 788 }
 789
 790 static struct vmap_area *find_vmap_area_exceed_addr(unsigned long addr)
 791 {
 792         struct vmap_area *va = NULL;
 793         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
 794
 795         while (n) {
 796                 struct vmap_area *tmp;
 797
 798                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
 799                 if (tmp->va_end > addr) {
 800                         va = tmp;
 801                         if (tmp->va_start <= addr)
 802                                 break;
 803
 804                         n = n->rb_left;
 805                 } else
 806                         n = n->rb_right;
 807         }
 808
 809         return va;
 810 }
 811
 812 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr)
 813 {
 814         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
 815
 816         while (n) {
 817                 struct vmap_area *va;
 818
 819                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
 820                 if (addr < va->va_start)
 821                         n = n->rb_left;
 822                 else if (addr >= va->va_end)
 823                         n = n->rb_right;
 824                 else
 825                         return va;
 826         }
 827
 828         return NULL;
 829 }
 830
 831 /*
 832  * This function returns back addresses of parent node
 833  * and its left or right link for further processing.
 834  *
 835  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
 836  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
 837  * have to be declined and actually considered as a bug.
 838  */
 839 static __always_inline struct rb_node **
 840 find_va_links(struct vmap_area *va,
 841         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
 842         struct rb_node **parent)
 843 {
 844         struct vmap_area *tmp_va;
 845         struct rb_node **link;
 846
 847         if (root) {
 848                 link = &root->rb_node;
 849                 if (unlikely(!*link)) {
 850                         *parent = NULL;
 851                         return link;
 852                 }
 853         } else {
 854                 link = &from;
 855         }
 856
 857         /*
 858          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
 859          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
 860          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
 861          */
 862         do {
 863                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
 864
 865                 /*
 866                  * During the traversal we also do some sanity check.
 867                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
 868                  * or full overlaps.
 869                  */
 870                 if (va->va_start < tmp_va->va_end &&
 871                                 va->va_end <= tmp_va->va_start)
 872                         link = &(*link)->rb_left;
 873                 else if (va->va_end > tmp_va->va_start &&
 874                                 va->va_start >= tmp_va->va_end)
 875                         link = &(*link)->rb_right;
 876                 else {
 877                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
 878                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
 879
 880                         return NULL;
 881                 }
 882         } while (*link);
 883
 884         *parent = &tmp_va->rb_node;
 885         return link;
 886 }
 887
 888 static __always_inline struct list_head *
 889 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
 890 {
 891         struct list_head *list;
 892
 893         if (unlikely(!parent))
 894                 /*
 895                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
 896                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
 897                  * there is no free vmap space. Normally it does not
 898                  * happen but we handle this case anyway.
 899                  */
 900                 return NULL;
 901
 902         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
 903         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
 904 }
 905
 906 static __always_inline void
 907 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
 908         struct rb_node *parent, struct rb_node **link, struct list_head *head)
 909 {
 910         /*
 911          * VA is still not in the list, but we can
 912          * identify its future previous list_head node.
 913          */
 914         if (likely(parent)) {
 915                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
 916                 if (&parent->rb_right != link)
 917                         head = head->prev;
 918         }
 919
 920         /* Insert to the rb-tree */
 921         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
 922         if (root == &free_vmap_area_root) {
 923                 /*
 924                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
 925                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
 926                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
 927                  * It is because of we populate the tree from the bottom
 928                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
 929                  *
 930                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
 931                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
 932                  * the correct order later on.
 933                  */
 934                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
 935                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
 936                 va->subtree_max_size = 0;
 937         } else {
 938                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
 939         }
 940
 941         /* Address-sort this list */
 942         list_add(&va->list, head);
 943 }
 944
 945 static __always_inline void
 946 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
 947 {
 948         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
 949                 return;
 950
 951         if (root == &free_vmap_area_root)
 952                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
 953                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
 954         else
 955                 rb_erase(&va->rb_node, root);
 956
 957         list_del(&va->list);
 958         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
 959 }
 960
 961 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
 962 static void
 963 augment_tree_propagate_check(void)
 964 {
 965         struct vmap_area *va;
 966         unsigned long computed_size;
 967
 968         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
 969                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
 970                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
 971                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
 972                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
 973         }
 974 }
 975 #endif
 976
 977 /*
 978  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
 979  * levels starting from VA point. The propagation must be done
 980  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
 981  * in case of newly inserting of VA to the tree.
 982  *
 983  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
 984  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
 985  * - After VA has been shrunk(allocation path);
 986  * - After VA has been increased(merging path).
 987  *
 988  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
 989  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
 990  * to the root node.
 991  *
 992  *       4--8
 993  *        /\
 994  *       /  \
 995  *      /    \
 996  *    2--2  8--8
 997  *
 998  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
 999  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
1000  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
1001  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
1002  * node becomes 4--6.
1003  */
1004 static __always_inline void
1005 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
1006 {
1007         /*
1008          * Populate the tree from bottom towards the root until
1009          * the calculated maximum available size of checked node
1010          * is equal to its current one.
1011          */
1012         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1013
1014 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1015         augment_tree_propagate_check();
1016 #endif
1017 }
1018
1019 static void
1020 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1021         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1022 {
1023         struct rb_node **link;
1024         struct rb_node *parent;
1025
1026         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1027         if (link)
1028                 link_va(va, root, parent, link, head);
1029 }
1030
1031 static void
1032 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1033         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1034         struct list_head *head)
1035 {
1036         struct rb_node **link;
1037         struct rb_node *parent;
1038
1039         if (from)
1040                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1041         else
1042                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1043
1044         if (link) {
1045                 link_va(va, root, parent, link, head);
1046                 augment_tree_propagate_from(va);
1047         }
1048 }
1049
1050 /*
1051  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1052  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1053  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1054  * freed.
1055  *
1056  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1057  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1058  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1059  * ongoing.
1060  */
1061 static __always_inline struct vmap_area *
1062 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1063         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1064 {
1065         struct vmap_area *sibling;
1066         struct list_head *next;
1067         struct rb_node **link;
1068         struct rb_node *parent;
1069         bool merged = false;
1070
1071         /*
1072          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1073          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1074          */
1075         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1076         if (!link)
1077                 return NULL;
1078
1079         /*
1080          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1081          */
1082         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1083         if (unlikely(next == NULL))
1084                 goto insert;
1085
1086         /*
1087          * start            end
1088          * |                |
1089          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1090          *                  |                |
1091          *                  start            end
1092          */
1093         if (next != head) {
1094                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1095                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1096                         sibling->va_start = va->va_start;
1097
1098                         /* Free vmap_area object. */
1099                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1100
1101                         /* Point to the new merged area. */
1102                         va = sibling;
1103                         merged = true;
1104                 }
1105         }
1106
1107         /*
1108          * start            end
1109          * |                |
1110          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1111          *                  |                |
1112          *                  start            end
1113          */
1114         if (next->prev != head) {
1115                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1116                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1117                         /*
1118                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1119                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1120                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1121                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1122                          * "normalized" because of rotation operations.
1123                          */
1124                         if (merged)
1125                                 unlink_va(va, root);
1126
1127                         sibling->va_end = va->va_end;
1128
1129                         /* Free vmap_area object. */
1130                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1131
1132                         /* Point to the new merged area. */
1133                         va = sibling;
1134                         merged = true;
1135                 }
1136         }
1137
1138 insert:
1139         if (!merged)
1140                 link_va(va, root, parent, link, head);
1141
1142         return va;
1143 }
1144
1145 static __always_inline struct vmap_area *
1146 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1147         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1148 {
1149         va = merge_or_add_vmap_area(va, root, head);
1150         if (va)
1151                 augment_tree_propagate_from(va);
1152
1153         return va;
1154 }
1155
1156 static __always_inline bool
1157 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1158         unsigned long align, unsigned long vstart)
1159 {
1160         unsigned long nva_start_addr;
1161
1162         if (va->va_start > vstart)
1163                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1164         else
1165                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1166
1167         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1168         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1169                         nva_start_addr < vstart)
1170                 return false;
1171
1172         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1177  * that will accomplish the request corresponding to passing
1178  * parameters.
1179  */
1180 static __always_inline struct vmap_area *
1181 find_vmap_lowest_match(unsigned long size,
1182         unsigned long align, unsigned long vstart)
1183 {
1184         struct vmap_area *va;
1185         struct rb_node *node;
1186         unsigned long length;
1187
1188         /* Start from the root. */
1189         node = free_vmap_area_root.rb_node;
1190
1191         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1192         length = size + align - 1;
1193
1194         while (node) {
1195                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1196
1197                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1198                                 vstart < va->va_start) {
1199                         node = node->rb_left;
1200                 } else {
1201                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1202                                 return va;
1203
1204                         /*
1205                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1206                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1207                          * equal or bigger to the requested search length.
1208                          */
1209                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1210                                 node = node->rb_right;
1211                                 continue;
1212                         }
1213
1214                         /*
1215                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1216                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1217                          * only once due to "vstart" restriction.
1218                          */
1219                         while ((node = rb_parent(node))) {
1220                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1221                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1222                                         return va;
1223
1224                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1225                                                 vstart <= va->va_start) {
1226                                         node = node->rb_right;
1227                                         break;
1228                                 }
1229                         }
1230                 }
1231         }
1232
1233         return NULL;
1234 }
1235
1236 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1237 #include <linux/random.h>
1238
1239 static struct vmap_area *
1240 find_vmap_lowest_linear_match(unsigned long size,
1241         unsigned long align, unsigned long vstart)
1242 {
1243         struct vmap_area *va;
1244
1245         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1246                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1247                         continue;
1248
1249                 return va;
1250         }
1251
1252         return NULL;
1253 }
1254
1255 static void
1256 find_vmap_lowest_match_check(unsigned long size)
1257 {
1258         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1259         unsigned long vstart;
1260         unsigned int rnd;
1261
1262         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1263         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1264
1265         va_1 = find_vmap_lowest_match(size, 1, vstart);
1266         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(size, 1, vstart);
1267
1268         if (va_1 != va_2)
1269                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1270                         va_1, va_2, vstart);
1271 }
1272 #endif
1273
1274 enum fit_type {
1275         NOTHING_FIT = 0,
1276         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1277         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1278         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1279         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1280 };
1281
1282 static __always_inline enum fit_type
1283 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1284         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1285 {
1286         enum fit_type type;
1287
1288         /* Check if it is within VA. */
1289         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1290                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1291                 return NOTHING_FIT;
1292
1293         /* Now classify. */
1294         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1295                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1296                         type = FL_FIT_TYPE;
1297                 else
1298                         type = LE_FIT_TYPE;
1299         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1300                 type = RE_FIT_TYPE;
1301         } else {
1302                 type = NE_FIT_TYPE;
1303         }
1304
1305         return type;
1306 }
1307
1308 static __always_inline int
1309 adjust_va_to_fit_type(struct vmap_area *va,
1310         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size,
1311         enum fit_type type)
1312 {
1313         struct vmap_area *lva = NULL;
1314
1315         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1316                 /*
1317                  * No need to split VA, it fully fits.
1318                  *
1319                  * |               |
1320                  * V      NVA      V
1321                  * |---------------|
1322                  */
1323                 unlink_va(va, &free_vmap_area_root);
1324                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1325         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1326                 /*
1327                  * Split left edge of fit VA.
1328                  *
1329                  * |       |
1330                  * V  NVA  V   R
1331                  * |-------|-------|
1332                  */
1333                 va->va_start += size;
1334         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1335                 /*
1336                  * Split right edge of fit VA.
1337                  *
1338                  *         |       |
1339                  *     L   V  NVA  V
1340                  * |-------|-------|
1341                  */
1342                 va->va_end = nva_start_addr;
1343         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1344                 /*
1345                  * Split no edge of fit VA.
1346                  *
1347                  *     |       |
1348                  *   L V  NVA  V R
1349                  * |---|-------|---|
1350                  */
1351                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1352                 if (unlikely(!lva)) {
1353                         /*
1354                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1355                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1356                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1357                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1358                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1359                          * are its main fitting cases.
1360                          *
1361                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1362                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1363                          * big free space that has to be split.
1364                          *
1365                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1366                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1367                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1368                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1369                          * split purpose. That is rare and most time does not
1370                          * occur.
1371                          *
1372                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1373                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1374                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1375                          * triggered to repeat one more time. See more details
1376                          * in alloc_vmap_area() function.
1377                          */
1378                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1379                         if (!lva)
1380                                 return -1;
1381                 }
1382
1383                 /*
1384                  * Build the remainder.
1385                  */
1386                 lva->va_start = va->va_start;
1387                 lva->va_end = nva_start_addr;
1388
1389                 /*
1390                  * Shrink this VA to remaining size.
1391                  */
1392                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1393         } else {
1394                 return -1;
1395         }
1396
1397         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1398                 augment_tree_propagate_from(va);
1399
1400                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1401                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node,
1402                                 &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1403         }
1404
1405         return 0;
1406 }
1407
1408 /*
1409  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1410  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1411  */
1412 static __always_inline unsigned long
1413 __alloc_vmap_area(unsigned long size, unsigned long align,
1414         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1415 {
1416         unsigned long nva_start_addr;
1417         struct vmap_area *va;
1418         enum fit_type type;
1419         int ret;
1420
1421         va = find_vmap_lowest_match(size, align, vstart);
1422         if (unlikely(!va))
1423                 return vend;
1424
1425         if (va->va_start > vstart)
1426                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1427         else
1428                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1429
1430         /* Check the "vend" restriction. */
1431         if (nva_start_addr + size > vend)
1432                 return vend;
1433
1434         /* Classify what we have found. */
1435         type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1436         if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
1437                 return vend;
1438
1439         /* Update the free vmap_area. */
1440         ret = adjust_va_to_fit_type(va, nva_start_addr, size, type);
1441         if (ret)
1442                 return vend;
1443
1444 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1445         find_vmap_lowest_match_check(size);
1446 #endif
1447
1448         return nva_start_addr;
1449 }
1450
1451 /*
1452  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1453  */
1454 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1455 {
1456         /*
1457          * Remove from the busy tree/list.
1458          */
1459         spin_lock(&vmap_area_lock);
1460         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1461         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1462
1463         /*
1464          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1465          */
1466         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1467         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1468         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1469 }
1470
1471 static inline void
1472 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1473 {
1474         struct vmap_area *va = NULL;
1475
1476         /*
1477          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1478          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1479          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1480          *
1481          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1482          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1483          * condition and high memory pressure.
1484          */
1485         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1486                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1487
1488         spin_lock(lock);
1489
1490         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1491                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1492 }
1493
1494 /*
1495  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1496  * vstart and vend.
1497  */
1498 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1499                                 unsigned long align,
1500                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1501                                 int node, gfp_t gfp_mask)
1502 {
1503         struct vmap_area *va;
1504         unsigned long freed;
1505         unsigned long addr;
1506         int purged = 0;
1507         int ret;
1508
1509         BUG_ON(!size);
1510         BUG_ON(offset_in_page(size));
1511         BUG_ON(!is_power_of_2(align));
1512
1513         if (unlikely(!vmap_initialized))
1514                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1515
1516         might_sleep();
1517         gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1518
1519         va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1520         if (unlikely(!va))
1521                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1522
1523         /*
1524          * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1525          * to avoid false negatives.
1526          */
1527         kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1528
1529 retry:
1530         preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1531         addr = __alloc_vmap_area(size, align, vstart, vend);
1532         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1533
1534         /*
1535          * If an allocation fails, the "vend" address is
1536          * returned. Therefore trigger the overflow path.
1537          */
1538         if (unlikely(addr == vend))
1539                 goto overflow;
1540
1541         va->va_start = addr;
1542         va->va_end = addr + size;
1543         va->vm = NULL;
1544
1545         spin_lock(&vmap_area_lock);
1546         insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
1547         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1548
1549         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
1550         BUG_ON(va->va_start < vstart);
1551         BUG_ON(va->va_end > vend);
1552
1553         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
1554         if (ret) {
1555                 free_vmap_area(va);
1556                 return ERR_PTR(ret);
1557         }
1558
1559         return va;
1560
1561 overflow:
1562         if (!purged) {
1563                 purge_vmap_area_lazy();
1564                 purged = 1;
1565                 goto retry;
1566         }
1567
1568         freed = 0;
1569         blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
1570
1571         if (freed > 0) {
1572                 purged = 0;
1573                 goto retry;
1574         }
1575
1576         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
1577                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
1578                         size);
1579
1580         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1581         return ERR_PTR(-EBUSY);
1582 }
1583
1584 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1585 {
1586         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
1587 }
1588 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
1589
1590 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1591 {
1592         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
1593 }
1594 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
1595
1596 /*
1597  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
1598  * before attempting to purge with a TLB flush.
1599  *
1600  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
1601  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
1602  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
1603  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
1604  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
1605  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
1606  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
1607  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
1608  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
1609  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
1610  * becomes a problem on bigger systems.
1611  */
1612 static unsigned long lazy_max_pages(void)
1613 {
1614         unsigned int log;
1615
1616         log = fls(num_online_cpus());
1617
1618         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
1619 }
1620
1621 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
1622
1623 /*
1624  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
1625  * by this look, but we want to avoid concurrent calls for performance
1626  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
1627  */
1628 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
1629
1630 /* for per-CPU blocks */
1631 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
1632
1633 #ifdef CONFIG_X86_64
1634 /*
1635  * called before a call to iounmap() if the caller wants vm_area_struct's
1636  * immediately freed.
1637  */
1638 void set_iounmap_nonlazy(void)
1639 {
1640         atomic_long_set(&vmap_lazy_nr, lazy_max_pages()+1);
1641 }
1642 #endif /* CONFIG_X86_64 */
1643
1644 /*
1645  * Purges all lazily-freed vmap areas.
1646  */
1647 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end)
1648 {
1649         unsigned long resched_threshold;
1650         struct list_head local_pure_list;
1651         struct vmap_area *va, *n_va;
1652
1653         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
1654
1655         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1656         purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
1657         list_replace_init(&purge_vmap_area_list, &local_pure_list);
1658         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1659
1660         if (unlikely(list_empty(&local_pure_list)))
1661                 return false;
1662
1663         start = min(start,
1664                 list_first_entry(&local_pure_list,
1665                         struct vmap_area, list)->va_start);
1666
1667         end = max(end,
1668                 list_last_entry(&local_pure_list,
1669                         struct vmap_area, list)->va_end);
1670
1671         flush_tlb_kernel_range(start, end);
1672         resched_threshold = lazy_max_pages() << 1;
1673
1674         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1675         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &local_pure_list, list) {
1676                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
1677                 unsigned long orig_start = va->va_start;
1678                 unsigned long orig_end = va->va_end;
1679
1680                 /*
1681                  * Finally insert or merge lazily-freed area. It is
1682                  * detached and there is no need to "unlink" it from
1683                  * anything.
1684                  */
1685                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root,
1686                                 &free_vmap_area_list);
1687
1688                 if (!va)
1689                         continue;
1690
1691                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
1692                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
1693                                               va->va_start, va->va_end);
1694
1695                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
1696
1697                 if (atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) < resched_threshold)
1698                         cond_resched_lock(&free_vmap_area_lock);
1699         }
1700         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1701         return true;
1702 }
1703
1704 /*
1705  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas. Don't bother if somebody
1706  * is already purging.
1707  */
1708 static void try_purge_vmap_area_lazy(void)
1709 {
1710         if (mutex_trylock(&vmap_purge_lock)) {
1711                 __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1712                 mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1713         }
1714 }
1715
1716 /*
1717  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas.
1718  */
1719 static void purge_vmap_area_lazy(void)
1720 {
1721         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1722         purge_fragmented_blocks_allcpus();
1723         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1724         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1725 }
1726
1727 /*
1728  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped
1729  * and flush_cache_vunmap had been called for the correct range
1730  * previously.
1731  */
1732 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
1733 {
1734         unsigned long nr_lazy;
1735
1736         spin_lock(&vmap_area_lock);
1737         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1738         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1739
1740         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
1741                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
1742
1743         /*
1744          * Merge or place it to the purge tree/list.
1745          */
1746         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1747         merge_or_add_vmap_area(va,
1748                 &purge_vmap_area_root, &purge_vmap_area_list);
1749         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1750
1751         /* After this point, we may free va at any time */
1752         if (unlikely(nr_lazy > lazy_max_pages()))
1753                 try_purge_vmap_area_lazy();
1754 }
1755
1756 /*
1757  * Free and unmap a vmap area
1758  */
1759 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
1760 {
1761         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
1762         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
1763         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1764                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
1765
1766         free_vmap_area_noflush(va);
1767 }
1768
1769 static struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
1770 {
1771         struct vmap_area *va;
1772
1773         spin_lock(&vmap_area_lock);
1774         va = __find_vmap_area(addr);
1775         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1776
1777         return va;
1778 }
1779
1780 /*** Per cpu kva allocator ***/
1781
1782 /*
1783  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
1784  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
1785  */
1786 /*
1787  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
1788  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
1789  * instead (we just need a rough idea)
1790  */
1791 #if BITS_PER_LONG == 32
1792 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
1793 #else
1794 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
1795 #endif
1796
1797 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
1798 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
1799 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
1800 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
1801 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
1802 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
1803 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
1804                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
1805                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
1806                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
1807
1808 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
1809
1810 struct vmap_block_queue {
1811         spinlock_t lock;
1812         struct list_head free;
1813 };
1814
1815 struct vmap_block {
1816         spinlock_t lock;
1817         struct vmap_area *va;
1818         unsigned long free, dirty;
1819         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
1820         struct list_head free_list;
1821         struct rcu_head rcu_head;
1822         struct list_head purge;
1823 };
1824
1825 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
1826 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
1827
1828 /*
1829  * XArray of vmap blocks, indexed by address, to quickly find a vmap block
1830  * in the free path. Could get rid of this if we change the API to return a
1831  * "cookie" from alloc, to be passed to free. But no big deal yet.
1832  */
1833 static DEFINE_XARRAY(vmap_blocks);
1834
1835 /*
1836  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
1837  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
1838  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
1839  * big problem.
1840  */
1841
1842 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
1843 {
1844         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
1845         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
1846         return addr;
1847 }
1848
1849 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
1850 {
1851         unsigned long addr;
1852
1853         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
1854         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
1855         return (void *)addr;
1856 }
1857
1858 /**
1859  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
1860  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
1861  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
1862  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
1863  *
1864  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
1865  */
1866 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
1867 {
1868         struct vmap_block_queue *vbq;
1869         struct vmap_block *vb;
1870         struct vmap_area *va;
1871         unsigned long vb_idx;
1872         int node, err;
1873         void *vaddr;
1874
1875         node = numa_node_id();
1876
1877         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
1878                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1879         if (unlikely(!vb))
1880                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1881
1882         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
1883                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1884                                         node, gfp_mask);
1885         if (IS_ERR(va)) {
1886                 kfree(vb);
1887                 return ERR_CAST(va);
1888         }
1889
1890         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
1891         spin_lock_init(&vb->lock);
1892         vb->va = va;
1893         /* At least something should be left free */
1894         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
1895         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
1896         vb->dirty = 0;
1897         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
1898         vb->dirty_max = 0;
1899         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
1900
1901         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
1902         err = xa_insert(&vmap_blocks, vb_idx, vb, gfp_mask);
1903         if (err) {
1904                 kfree(vb);
1905                 free_vmap_area(va);
1906                 return ERR_PTR(err);
1907         }
1908
1909         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1910         spin_lock(&vbq->lock);
1911         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
1912         spin_unlock(&vbq->lock);
1913         put_cpu_var(vmap_block_queue);
1914
1915         return vaddr;
1916 }
1917
1918 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
1919 {
1920         struct vmap_block *tmp;
1921
1922         tmp = xa_erase(&vmap_blocks, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
1923         BUG_ON(tmp != vb);
1924
1925         free_vmap_area_noflush(vb->va);
1926         kfree_rcu(vb, rcu_head);
1927 }
1928
1929 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
1930 {
1931         LIST_HEAD(purge);
1932         struct vmap_block *vb;
1933         struct vmap_block *n_vb;
1934         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1935
1936         rcu_read_lock();
1937         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1938
1939                 if (!(vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS))
1940                         continue;
1941
1942                 spin_lock(&vb->lock);
1943                 if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
1944                         vb->free = 0; /* prevent further allocs after releasing lock */
1945                         vb->dirty = VMAP_BBMAP_BITS; /* prevent purging it again */
1946                         vb->dirty_min = 0;
1947                         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
1948                         spin_lock(&vbq->lock);
1949                         list_del_rcu(&vb->free_list);
1950                         spin_unlock(&vbq->lock);
1951                         spin_unlock(&vb->lock);
1952                         list_add_tail(&vb->purge, &purge);
1953                 } else
1954                         spin_unlock(&vb->lock);
1955         }
1956         rcu_read_unlock();
1957
1958         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, &purge, purge) {
1959                 list_del(&vb->purge);
1960                 free_vmap_block(vb);
1961         }
1962 }
1963
1964 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
1965 {
1966         int cpu;
1967
1968         for_each_possible_cpu(cpu)
1969                 purge_fragmented_blocks(cpu);
1970 }
1971
1972 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
1973 {
1974         struct vmap_block_queue *vbq;
1975         struct vmap_block *vb;
1976         void *vaddr = NULL;
1977         unsigned int order;
1978
1979         BUG_ON(offset_in_page(size));
1980         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
1981         if (WARN_ON(size == 0)) {
1982                 /*
1983                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
1984                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
1985                  * early.
1986                  */
1987                 return NULL;
1988         }
1989         order = get_order(size);
1990
1991         rcu_read_lock();
1992         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1993         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1994                 unsigned long pages_off;
1995
1996                 spin_lock(&vb->lock);
1997                 if (vb->free < (1UL << order)) {
1998                         spin_unlock(&vb->lock);
1999                         continue;
2000                 }
2001
2002                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
2003                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
2004                 vb->free -= 1UL << order;
2005                 if (vb->free == 0) {
2006                         spin_lock(&vbq->lock);
2007                         list_del_rcu(&vb->free_list);
2008                         spin_unlock(&vbq->lock);
2009                 }
2010
2011                 spin_unlock(&vb->lock);
2012                 break;
2013         }
2014
2015         put_cpu_var(vmap_block_queue);
2016         rcu_read_unlock();
2017
2018         /* Allocate new block if nothing was found */
2019         if (!vaddr)
2020                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2021
2022         return vaddr;
2023 }
2024
2025 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2026 {
2027         unsigned long offset;
2028         unsigned int order;
2029         struct vmap_block *vb;
2030
2031         BUG_ON(offset_in_page(size));
2032         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2033
2034         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2035
2036         order = get_order(size);
2037         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2038         vb = xa_load(&vmap_blocks, addr_to_vb_idx(addr));
2039
2040         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2041
2042         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2043                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2044
2045         spin_lock(&vb->lock);
2046
2047         /* Expand dirty range */
2048         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2049         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2050
2051         vb->dirty += 1UL << order;
2052         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2053                 BUG_ON(vb->free);
2054                 spin_unlock(&vb->lock);
2055                 free_vmap_block(vb);
2056         } else
2057                 spin_unlock(&vb->lock);
2058 }
2059
2060 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2061 {
2062         int cpu;
2063
2064         if (unlikely(!vmap_initialized))
2065                 return;
2066
2067         might_sleep();
2068
2069         for_each_possible_cpu(cpu) {
2070                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2071                 struct vmap_block *vb;
2072
2073                 rcu_read_lock();
2074                 list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2075                         spin_lock(&vb->lock);
2076                         if (vb->dirty && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2077                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2078                                 unsigned long s, e;
2079
2080                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2081                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2082
2083                                 start = min(s, start);
2084                                 end   = max(e, end);
2085
2086                                 flush = 1;
2087                         }
2088                         spin_unlock(&vb->lock);
2089                 }
2090                 rcu_read_unlock();
2091         }
2092
2093         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2094         purge_fragmented_blocks_allcpus();
2095         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end) && flush)
2096                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2097         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2098 }
2099
2100 /**
2101  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2102  *
2103  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2104  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2105  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2106  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2107  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2108  *
2109  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2110  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2111  * from the vmap layer.
2112  */
2113 void vm_unmap_aliases(void)
2114 {
2115         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2116         int flush = 0;
2117
2118         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2119 }
2120 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2121
2122 /**
2123  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2124  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2125  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2126  */
2127 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2128 {
2129         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2130         unsigned long addr = (unsigned long)mem;
2131         struct vmap_area *va;
2132
2133         might_sleep();
2134         BUG_ON(!addr);
2135         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2136         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2137         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2138
2139         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2140
2141         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2142                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2143                 vb_free(addr, size);
2144                 return;
2145         }
2146
2147         va = find_vmap_area(addr);
2148         BUG_ON(!va);
2149         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2150                                     (va->va_end - va->va_start));
2151         free_unmap_vmap_area(va);
2152 }
2153 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2154
2155 /**
2156  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2157  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2158  * @count: number of pages
2159  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2160  *
2161  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2162  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2163  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2164  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2165  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2166  *
2167  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2168  */
2169 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2170 {
2171         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2172         unsigned long addr;
2173         void *mem;
2174
2175         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2176                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2177                 if (IS_ERR(mem))
2178                         return NULL;
2179                 addr = (unsigned long)mem;
2180         } else {
2181                 struct vmap_area *va;
2182                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2183                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END, node, GFP_KERNEL);
2184                 if (IS_ERR(va))
2185                         return NULL;
2186
2187                 addr = va->va_start;
2188                 mem = (void *)addr;
2189         }
2190
2191         kasan_unpoison_vmalloc(mem, size);
2192
2193         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2194                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2195                 vm_unmap_ram(mem, count);
2196                 return NULL;
2197         }
2198
2199         return mem;
2200 }
2201 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2202
2203 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2204
2205 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2206 {
2207 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2208         return vm->page_order;
2209 #else
2210         return 0;
2211 #endif
2212 }
2213
2214 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2215 {
2216 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2217         vm->page_order = order;
2218 #else
2219         BUG_ON(order != 0);
2220 #endif
2221 }
2222
2223 /**
2224  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
2225  * @vm: vm_struct to add
2226  *
2227  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
2228  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
2229  * should contain proper values and the other fields should be zero.
2230  *
2231  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2232  */
2233 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
2234 {
2235         struct vm_struct *tmp, **p;
2236
2237         BUG_ON(vmap_initialized);
2238         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
2239                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
2240                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
2241                         break;
2242                 } else
2243                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
2244         }
2245         vm->next = *p;
2246         *p = vm;
2247 }
2248
2249 /**
2250  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
2251  * @vm: vm_struct to register
2252  * @align: requested alignment
2253  *
2254  * This function is used to register kernel vm area before
2255  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
2256  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
2257  * vm->addr contains the allocated address.
2258  *
2259  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2260  */
2261 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
2262 {
2263         static size_t vm_init_off __initdata;
2264         unsigned long addr;
2265
2266         addr = ALIGN(VMALLOC_START + vm_init_off, align);
2267         vm_init_off = PFN_ALIGN(addr + vm->size) - VMALLOC_START;
2268
2269         vm->addr = (void *)addr;
2270
2271         vm_area_add_early(vm);
2272 }
2273
2274 static void vmap_init_free_space(void)
2275 {
2276         unsigned long vmap_start = 1;
2277         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
2278         struct vmap_area *busy, *free;
2279
2280         /*
2281          *     B     F     B     B     B     F
2282          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
2283          *  |           The KVA space           |
2284          *  |<--------------------------------->|
2285          */
2286         list_for_each_entry(busy, &vmap_area_list, list) {
2287                 if (busy->va_start - vmap_start > 0) {
2288                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2289                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2290                                 free->va_start = vmap_start;
2291                                 free->va_end = busy->va_start;
2292
2293                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2294                                         &free_vmap_area_root,
2295                                                 &free_vmap_area_list);
2296                         }
2297                 }
2298
2299                 vmap_start = busy->va_end;
2300         }
2301
2302         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
2303                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2304                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2305                         free->va_start = vmap_start;
2306                         free->va_end = vmap_end;
2307
2308                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2309                                 &free_vmap_area_root,
2310                                         &free_vmap_area_list);
2311                 }
2312         }
2313 }
2314
2315 void __init vmalloc_init(void)
2316 {
2317         struct vmap_area *va;
2318         struct vm_struct *tmp;
2319         int i;
2320
2321         /*
2322          * Create the cache for vmap_area objects.
2323          */
2324         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
2325
2326         for_each_possible_cpu(i) {
2327                 struct vmap_block_queue *vbq;
2328                 struct vfree_deferred *p;
2329
2330                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
2331                 spin_lock_init(&vbq->lock);
2332                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
2333                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
2334                 init_llist_head(&p->list);
2335                 INIT_WORK(&p->wq, free_work);
2336         }
2337
2338         /* Import existing vmlist entries. */
2339         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
2340                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2341                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
2342                         continue;
2343
2344                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
2345                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
2346                 va->vm = tmp;
2347                 insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
2348         }
2349
2350         /*
2351          * Now we can initialize a free vmap space.
2352          */
2353         vmap_init_free_space();
2354         vmap_initialized = true;
2355 }
2356
2357 static inline void setup_vmalloc_vm_locked(struct vm_struct *vm,
2358         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
2359 {
2360         vm->flags = flags;
2361         vm->addr = (void *)va->va_start;
2362         vm->size = va->va_end - va->va_start;
2363         vm->caller = caller;
2364         va->vm = vm;
2365 }
2366
2367 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
2368                               unsigned long flags, const void *caller)
2369 {
2370         spin_lock(&vmap_area_lock);
2371         setup_vmalloc_vm_locked(vm, va, flags, caller);
2372         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2373 }
2374
2375 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
2376 {
2377         /*
2378          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
2379          * we should make sure that vm has proper values.
2380          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
2381          */
2382         smp_wmb();
2383         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
2384 }
2385
2386 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
2387                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
2388                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
2389                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
2390 {
2391         struct vmap_area *va;
2392         struct vm_struct *area;
2393         unsigned long requested_size = size;
2394
2395         BUG_ON(in_interrupt());
2396         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
2397         if (unlikely(!size))
2398                 return NULL;
2399
2400         if (flags & VM_IOREMAP)
2401                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
2402                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
2403
2404         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2405         if (unlikely(!area))
2406                 return NULL;
2407
2408         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
2409                 size += PAGE_SIZE;
2410
2411         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);
2412         if (IS_ERR(va)) {
2413                 kfree(area);
2414                 return NULL;
2415         }
2416
2417         kasan_unpoison_vmalloc((void *)va->va_start, requested_size);
2418
2419         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
2420
2421         return area;
2422 }
2423
2424 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2425                                        unsigned long start, unsigned long end,
2426                                        const void *caller)
2427 {
2428         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
2429                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2430 }
2431
2432 /**
2433  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
2434  * @size:        size of the area
2435  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
2436  *
2437  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
2438  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
2439  * on success or %NULL on failure.
2440  *
2441  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2442  */
2443 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
2444 {
2445         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2446                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2447                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
2448                                   __builtin_return_address(0));
2449 }
2450
2451 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2452                                 const void *caller)
2453 {
2454         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2455                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2456                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2457 }
2458
2459 /**
2460  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
2461  * @addr:         base address
2462  *
2463  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
2464  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
2465  * pointer valid.
2466  *
2467  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2468  */
2469 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
2470 {
2471         struct vmap_area *va;
2472
2473         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
2474         if (!va)
2475                 return NULL;
2476
2477         return va->vm;
2478 }
2479
2480 /**
2481  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
2482  * @addr:           base address
2483  *
2484  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
2485  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
2486  * on SMP machines, except for its size or flags.
2487  *
2488  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2489  */
2490 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
2491 {
2492         struct vmap_area *va;
2493
2494         might_sleep();
2495
2496         spin_lock(&vmap_area_lock);
2497         va = __find_vmap_area((unsigned long)addr);
2498         if (va && va->vm) {
2499                 struct vm_struct *vm = va->vm;
2500
2501                 va->vm = NULL;
2502                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
2503
2504                 kasan_free_shadow(vm);
2505                 free_unmap_vmap_area(va);
2506
2507                 return vm;
2508         }
2509
2510         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2511         return NULL;
2512 }
2513
2514 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
2515                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
2516 {
2517         int i;
2518
2519         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
2520         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
2521                 if (page_address(area->pages[i]))
2522                         set_direct_map(area->pages[i]);
2523 }
2524
2525 /* Handle removing and resetting vm mappings related to the vm_struct. */
2526 static void vm_remove_mappings(struct vm_struct *area, int deallocate_pages)
2527 {
2528         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2529         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
2530         int flush_reset = area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS;
2531         int flush_dmap = 0;
2532         int i;
2533
2534         remove_vm_area(area->addr);
2535
2536         /* If this is not VM_FLUSH_RESET_PERMS memory, no need for the below. */
2537         if (!flush_reset)
2538                 return;
2539
2540         /*
2541          * If not deallocating pages, just do the flush of the VM area and
2542          * return.
2543          */
2544         if (!deallocate_pages) {
2545                 vm_unmap_aliases();
2546                 return;
2547         }
2548
2549         /*
2550          * If execution gets here, flush the vm mapping and reset the direct
2551          * map. Find the start and end range of the direct mappings to make sure
2552          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
2553          */
2554         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
2555                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
2556                 if (addr) {
2557                         unsigned long page_size;
2558
2559                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
2560                         start = min(addr, start);
2561                         end = max(addr + page_size, end);
2562                         flush_dmap = 1;
2563                 }
2564         }
2565
2566         /*
2567          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
2568          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
2569          * reset the direct map permissions to the default.
2570          */
2571         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
2572         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
2573         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
2574 }
2575
2576 static void __vunmap(const void *addr, int deallocate_pages)
2577 {
2578         struct vm_struct *area;
2579
2580         if (!addr)
2581                 return;
2582
2583         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
2584                         addr))
2585                 return;
2586
2587         area = find_vm_area(addr);
2588         if (unlikely(!area)) {
2589                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
2590                                 addr);
2591                 return;
2592         }
2593
2594         debug_check_no_locks_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2595         debug_check_no_obj_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2596
2597         kasan_poison_vmalloc(area->addr, get_vm_area_size(area));
2598
2599         vm_remove_mappings(area, deallocate_pages);
2600
2601         if (deallocate_pages) {
2602                 unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
2603                 int i;
2604
2605                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
2606                         struct page *page = area->pages[i];
2607
2608                         BUG_ON(!page);
2609                         __free_pages(page, page_order);
2610                         cond_resched();
2611                 }
2612                 atomic_long_sub(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
2613
2614                 kvfree(area->pages);
2615         }
2616
2617         kfree(area);
2618 }
2619
2620 static inline void __vfree_deferred(const void *addr)
2621 {
2622         /*
2623          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
2624          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
2625          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
2626          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
2627          */
2628         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
2629
2630         if (llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
2631                 schedule_work(&p->wq);
2632 }
2633
2634 /**
2635  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
2636  * @addr:         memory base address
2637  *
2638  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
2639  * except NMIs.
2640  */
2641 void vfree_atomic(const void *addr)
2642 {
2643         BUG_ON(in_nmi());
2644
2645         kmemleak_free(addr);
2646
2647         if (!addr)
2648                 return;
2649         __vfree_deferred(addr);
2650 }
2651
2652 static void __vfree(const void *addr)
2653 {
2654         if (unlikely(in_interrupt()))
2655                 __vfree_deferred(addr);
2656         else
2657                 __vunmap(addr, 1);
2658 }
2659
2660 /**
2661  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
2662  * @addr:  Memory base address
2663  *
2664  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
2665  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
2666  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
2667  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
2668  *
2669  * If @addr is NULL, no operation is performed.
2670  *
2671  * Context:
2672  * May sleep if called *not* from interrupt context.
2673  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
2674  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
2675  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
2676  */
2677 void vfree(const void *addr)
2678 {
2679         BUG_ON(in_nmi());
2680
2681         kmemleak_free(addr);
2682
2683         might_sleep_if(!in_interrupt());
2684
2685         if (!addr)
2686                 return;
2687
2688         __vfree(addr);
2689 }
2690 EXPORT_SYMBOL(vfree);
2691
2692 /**
2693  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
2694  * @addr:   memory base address
2695  *
2696  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
2697  * which was created from the page array passed to vmap().
2698  *
2699  * Must not be called in interrupt context.
2700  */
2701 void vunmap(const void *addr)
2702 {
2703         BUG_ON(in_interrupt());
2704         might_sleep();
2705         if (addr)
2706                 __vunmap(addr, 0);
2707 }
2708 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
2709
2710 /**
2711  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
2712  * @pages: array of page pointers
2713  * @count: number of pages to map
2714  * @flags: vm_area->flags
2715  * @prot: page protection for the mapping
2716  *
2717  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
2718  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
2719  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
2720  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
2721  * vfree() is called on the return value.
2722  *
2723  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2724  */
2725 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
2726            unsigned long flags, pgprot_t prot)
2727 {
2728         struct vm_struct *area;
2729         unsigned long addr;
2730         unsigned long size;             /* In bytes */
2731
2732         might_sleep();
2733
2734         if (count > totalram_pages())
2735                 return NULL;
2736
2737         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2738         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
2739         if (!area)
2740                 return NULL;
2741
2742         addr = (unsigned long)area->addr;
2743         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
2744                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2745                 vunmap(area->addr);
2746                 return NULL;
2747         }
2748
2749         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
2750                 area->pages = pages;
2751                 area->nr_pages = count;
2752         }
2753         return area->addr;
2754 }
2755 EXPORT_SYMBOL(vmap);
2756
2757 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
2758 struct vmap_pfn_data {
2759         unsigned long   *pfns;
2760         pgprot_t        prot;
2761         unsigned int    idx;
2762 };
2763
2764 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
2765 {
2766         struct vmap_pfn_data *data = private;
2767
2768         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(data->pfns[data->idx])))
2769                 return -EINVAL;
2770         *pte = pte_mkspecial(pfn_pte(data->pfns[data->idx++], data->prot));
2771         return 0;
2772 }
2773
2774 /**
2775  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
2776  * @pfns: array of PFNs
2777  * @count: number of pages to map
2778  * @prot: page protection for the mapping
2779  *
2780  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
2781  * the start address of the mapping.
2782  */
2783 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
2784 {
2785         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
2786         struct vm_struct *area;
2787
2788         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
2789                         __builtin_return_address(0));
2790         if (!area)
2791                 return NULL;
2792         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
2793                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
2794                 free_vm_area(area);
2795                 return NULL;
2796         }
2797         return area->addr;
2798 }
2799 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
2800 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
2801
2802 static inline unsigned int
2803 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
2804                 unsigned int order, unsigned int nr_pages, struct page **pages)
2805 {
2806         unsigned int nr_allocated = 0;
2807
2808         /*
2809          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
2810          * the page array is partly or not at all populated due
2811          * to fails, fallback to a single page allocator that is
2812          * more permissive.
2813          */
2814         if (!order) {
2815                 while (nr_allocated < nr_pages) {
2816                         unsigned int nr, nr_pages_request;
2817
2818                         /*
2819                          * A maximum allowed request is hard-coded and is 100
2820                          * pages per call. That is done in order to prevent a
2821                          * long preemption off scenario in the bulk-allocator
2822                          * so the range is [1:100].
2823                          */
2824                         nr_pages_request = min(100U, nr_pages - nr_allocated);
2825
2826                         nr = alloc_pages_bulk_array_node(gfp, nid,
2827                                 nr_pages_request, pages + nr_allocated);
2828
2829                         nr_allocated += nr;
2830                         cond_resched();
2831
2832                         /*
2833                          * If zero or pages were obtained partly,
2834                          * fallback to a single page allocator.
2835                          */
2836                         if (nr != nr_pages_request)
2837                                 break;
2838                 }
2839         } else
2840                 /*
2841                  * Compound pages required for remap_vmalloc_page if
2842                  * high-order pages.
2843                  */
2844                 gfp |= __GFP_COMP;
2845
2846         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
2847         while (nr_allocated < nr_pages) {
2848                 struct page *page;
2849                 int i;
2850
2851                 page = alloc_pages_node(nid, gfp, order);
2852                 if (unlikely(!page))
2853                         break;
2854
2855                 /*
2856                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
2857                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
2858                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
2859                  */
2860                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
2861                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
2862
2863                 cond_resched();
2864                 nr_allocated += 1U << order;
2865         }
2866
2867         return nr_allocated;
2868 }
2869
2870 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
2871                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
2872                                  int node)
2873 {
2874         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
2875         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
2876         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
2877         unsigned long array_size;
2878         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
2879         unsigned int page_order;
2880
2881         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
2882         gfp_mask |= __GFP_NOWARN;
2883         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
2884                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
2885
2886         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
2887         if (array_size > PAGE_SIZE) {
2888                 area->pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp, node,
2889                                         area->caller);
2890         } else {
2891                 area->pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
2892         }
2893
2894         if (!area->pages) {
2895                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2896                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
2897                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
2898                 free_vm_area(area);
2899                 return NULL;
2900         }
2901
2902         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
2903         page_order = vm_area_page_order(area);
2904
2905         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask, node,
2906                 page_order, nr_small_pages, area->pages);
2907
2908         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
2909
2910         /*
2911          * If not enough pages were obtained to accomplish an
2912          * allocation request, free them via __vfree() if any.
2913          */
2914         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
2915                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2916                         "vmalloc error: size %lu, page order %u, failed to allocate pages",
2917                         area->nr_pages * PAGE_SIZE, page_order);
2918                 goto fail;
2919         }
2920
2921         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
2922                         page_shift) < 0) {
2923                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2924                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
2925                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
2926                 goto fail;
2927         }
2928
2929         return area->addr;
2930
2931 fail:
2932         __vfree(area->addr);
2933         return NULL;
2934 }
2935
2936 /**
2937  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
2938  * @size:                 allocation size
2939  * @align:                desired alignment
2940  * @start:                vm area range start
2941  * @end:                  vm area range end
2942  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
2943  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
2944  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
2945  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
2946  * @caller:               caller's return address
2947  *
2948  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2949  * allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
2950  * kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
2951  *
2952  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2953  */
2954 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
2955                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
2956                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
2957                         const void *caller)
2958 {
2959         struct vm_struct *area;
2960         void *addr;
2961         unsigned long real_size = size;
2962         unsigned long real_align = align;
2963         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
2964
2965         if (WARN_ON_ONCE(!size))
2966                 return NULL;
2967
2968         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
2969                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2970                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
2971                         real_size);
2972                 return NULL;
2973         }
2974
2975         if (vmap_allow_huge && !(vm_flags & VM_NO_HUGE_VMAP)) {
2976                 unsigned long size_per_node;
2977
2978                 /*
2979                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
2980                  * others like modules don't yet expect huge pages in
2981                  * their allocations due to apply_to_page_range not
2982                  * supporting them.
2983                  */
2984
2985                 size_per_node = size;
2986                 if (node == NUMA_NO_NODE)
2987                         size_per_node /= num_online_nodes();
2988                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
2989                         shift = PMD_SHIFT;
2990                 else
2991                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
2992
2993                 align = max(real_align, 1UL << shift);
2994                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
2995         }
2996
2997 again:
2998         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
2999                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
3000                                   gfp_mask, caller);
3001         if (!area) {
3002                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3003                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed",
3004                         real_size);
3005                 goto fail;
3006         }
3007
3008         addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
3009         if (!addr)
3010                 goto fail;
3011
3012         /*
3013          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
3014          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
3015          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
3016          */
3017         clear_vm_uninitialized_flag(area);
3018
3019         size = PAGE_ALIGN(size);
3020         kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
3021
3022         return addr;
3023
3024 fail:
3025         if (shift > PAGE_SHIFT) {
3026                 shift = PAGE_SHIFT;
3027                 align = real_align;
3028                 size = real_size;
3029                 goto again;
3030         }
3031
3032         return NULL;
3033 }
3034
3035 /**
3036  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3037  * @size:           allocation size
3038  * @align:          desired alignment
3039  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3040  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3041  * @caller:         caller's return address
3042  *
3043  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3044  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3045  *
3046  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3047  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3048  *
3049  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3050  * with mm people.
3051  *
3052  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3053  */
3054 void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
3055                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3056 {
3057         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3058                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3059 }
3060 /*
3061  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3062  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3063  * than that.
3064  */
3065 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3066 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node);
3067 #endif
3068
3069 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3070 {
3071         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3072                                 __builtin_return_address(0));
3073 }
3074 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
3075
3076 /**
3077  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3078  * @size:    allocation size
3079  *
3080  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3081  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3082  *
3083  * For tight control over page level allocator and protection flags
3084  * use __vmalloc() instead.
3085  *
3086  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3087  */
3088 void *vmalloc(unsigned long size)
3089 {
3090         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3091                                 __builtin_return_address(0));
3092 }
3093 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
3094
3095 /**
3096  * vmalloc_no_huge - allocate virtually contiguous memory using small pages
3097  * @size:    allocation size
3098  *
3099  * Allocate enough non-huge pages to cover @size from the page level
3100  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3101  *
3102  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3103  */
3104 void *vmalloc_no_huge(unsigned long size)
3105 {
3106         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3107                                     GFP_KERNEL, PAGE_KERNEL, VM_NO_HUGE_VMAP,
3108                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3109 }
3110 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_no_huge);
3111
3112 /**
3113  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3114  * @size:    allocation size
3115  *
3116  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3117  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3118  * The memory allocated is set to zero.
3119  *
3120  * For tight control over page level allocator and protection flags
3121  * use __vmalloc() instead.
3122  *
3123  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3124  */
3125 void *vzalloc(unsigned long size)
3126 {
3127         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3128                                 __builtin_return_address(0));
3129 }
3130 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
3131
3132 /**
3133  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3134  * @size: allocation size
3135  *
3136  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3137  * without leaking data.
3138  *
3139  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3140  */
3141 void *vmalloc_user(unsigned long size)
3142 {
3143         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3144                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3145                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3146                                     __builtin_return_address(0));
3147 }
3148 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
3149
3150 /**
3151  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3152  * @size:         allocation size
3153  * @node:         numa node
3154  *
3155  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3156  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3157  *
3158  * For tight control over page level allocator and protection flags
3159  * use __vmalloc() instead.
3160  *
3161  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3162  */
3163 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
3164 {
3165         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, node,
3166                         __builtin_return_address(0));
3167 }
3168 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
3169
3170 /**
3171  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
3172  * @size:       allocation size
3173  * @node:       numa node
3174  *
3175  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3176  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3177  * The memory allocated is set to zero.
3178  *
3179  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3180  */
3181 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
3182 {
3183         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
3184                                 __builtin_return_address(0));
3185 }
3186 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
3187
3188 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
3189 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3190 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
3191 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
3192 #else
3193 /*
3194  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
3195  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
3196  */
3197 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3198 #endif
3199
3200 /**
3201  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
3202  * @size:       allocation size
3203  *
3204  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
3205  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3206  *
3207  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3208  */
3209 void *vmalloc_32(unsigned long size)
3210 {
3211         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
3212                         __builtin_return_address(0));
3213 }
3214 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
3215
3216 /**
3217  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
3218  * @size:            allocation size
3219  *
3220  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
3221  * mapped to userspace without leaking data.
3222  *
3223  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3224  */
3225 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
3226 {
3227         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3228                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3229                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3230                                     __builtin_return_address(0));
3231 }
3232 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
3233
3234 /*
3235  * small helper routine , copy contents to buf from addr.
3236  * If the page is not present, fill zero.
3237  */
3238
3239 static int aligned_vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
3240 {
3241         struct page *p;
3242         int copied = 0;
3243
3244         while (count) {
3245                 unsigned long offset, length;
3246
3247                 offset = offset_in_page(addr);
3248                 length = PAGE_SIZE - offset;
3249                 if (length > count)
3250                         length = count;
3251                 p = vmalloc_to_page(addr);
3252                 /*
3253                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
3254                  * lock. But adding lock here means that we need to add
3255                  * overhead of vmalloc()/vfree() calls for this _debug_
3256                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
3257                  * kmap() and get small overhead in this access function.
3258                  */
3259                 if (p) {
3260                         /* We can expect USER0 is not used -- see vread() */
3261                         void *map = kmap_atomic(p);
3262                         memcpy(buf, map + offset, length);
3263                         kunmap_atomic(map);
3264                 } else
3265                         memset(buf, 0, length);
3266
3267                 addr += length;
3268                 buf += length;
3269                 copied += length;
3270                 count -= length;
3271         }
3272         return copied;
3273 }
3274
3275 /**
3276  * vread() - read vmalloc area in a safe way.
3277  * @buf:     buffer for reading data
3278  * @addr:    vm address.
3279  * @count:   number of bytes to be read.
3280  *
3281  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3282  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
3283  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
3284  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
3285  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
3286  *
3287  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
3288  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
3289  *
3290  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
3291  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
3292  * This is for routines which have to access vmalloc area without
3293  * any information, as /proc/kcore.
3294  *
3295  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
3296  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
3297  * include any intersection with valid vmalloc area
3298  */
3299 long vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
3300 {
3301         struct vmap_area *va;
3302         struct vm_struct *vm;
3303         char *vaddr, *buf_start = buf;
3304         unsigned long buflen = count;
3305         unsigned long n;
3306
3307         /* Don't allow overflow */
3308         if ((unsigned long) addr + count < count)
3309                 count = -(unsigned long) addr;
3310
3311         spin_lock(&vmap_area_lock);
3312         va = find_vmap_area_exceed_addr((unsigned long)addr);
3313         if (!va)
3314                 goto finished;
3315
3316         /* no intersects with alive vmap_area */
3317         if ((unsigned long)addr + count <= va->va_start)
3318                 goto finished;
3319
3320         list_for_each_entry_from(va, &vmap_area_list, list) {
3321                 if (!count)
3322                         break;
3323
3324                 if (!va->vm)
3325                         continue;
3326
3327                 vm = va->vm;
3328                 vaddr = (char *) vm->addr;
3329                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
3330                         continue;
3331                 while (addr < vaddr) {
3332                         if (count == 0)
3333                                 goto finished;
3334                         *buf = '\0';
3335                         buf++;
3336                         addr++;
3337                         count--;
3338                 }
3339                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
3340                 if (n > count)
3341                         n = count;
3342                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP))
3343                         aligned_vread(buf, addr, n);
3344                 else /* IOREMAP area is treated as memory hole */
3345                         memset(buf, 0, n);
3346                 buf += n;
3347                 addr += n;
3348                 count -= n;
3349         }
3350 finished:
3351         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3352
3353         if (buf == buf_start)
3354                 return 0;
3355         /* zero-fill memory holes */
3356         if (buf != buf_start + buflen)
3357                 memset(buf, 0, buflen - (buf - buf_start));
3358
3359         return buflen;
3360 }
3361
3362 /**
3363  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
3364  * @vma:                vma to cover
3365  * @uaddr:              target user address to start at
3366  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
3367  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
3368  * @size:               size of map area
3369  *
3370  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3371  *
3372  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
3373  * and that it is big enough to cover the range starting at
3374  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
3375  * met.
3376  *
3377  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3378  */
3379 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
3380                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
3381                                 unsigned long size)
3382 {
3383         struct vm_struct *area;
3384         unsigned long off;
3385         unsigned long end_index;
3386
3387         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
3388                 return -EINVAL;
3389
3390         size = PAGE_ALIGN(size);
3391
3392         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
3393                 return -EINVAL;
3394
3395         area = find_vm_area(kaddr);
3396         if (!area)
3397                 return -EINVAL;
3398
3399         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
3400                 return -EINVAL;
3401
3402         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
3403             end_index > get_vm_area_size(area))
3404                 return -EINVAL;
3405         kaddr += off;
3406
3407         do {
3408                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
3409                 int ret;
3410
3411                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
3412                 if (ret)
3413                         return ret;
3414
3415                 uaddr += PAGE_SIZE;
3416                 kaddr += PAGE_SIZE;
3417                 size -= PAGE_SIZE;
3418         } while (size > 0);
3419
3420         vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
3421
3422         return 0;
3423 }
3424
3425 /**
3426  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
3427  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
3428  * @addr:               vmalloc memory
3429  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
3430  *
3431  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3432  *
3433  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3434  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
3435  * that criteria isn't met.
3436  *
3437  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3438  */
3439 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
3440                                                 unsigned long pgoff)
3441 {
3442         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
3443                                            addr, pgoff,
3444                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
3445 }
3446 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
3447
3448 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
3449 {
3450         struct vm_struct *ret;
3451         ret = remove_vm_area(area->addr);
3452         BUG_ON(ret != area);
3453         kfree(area);
3454 }
3455 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
3456
3457 #ifdef CONFIG_SMP
3458 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
3459 {
3460         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
3461 }
3462
3463 /**
3464  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
3465  * @addr: target address
3466  *
3467  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
3468  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
3469  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
3470  *   if there are no any areas before @addr.
3471  */
3472 static struct vmap_area *
3473 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
3474 {
3475         struct vmap_area *va, *tmp;
3476         struct rb_node *n;
3477
3478         n = free_vmap_area_root.rb_node;
3479         va = NULL;
3480
3481         while (n) {
3482                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
3483                 if (tmp->va_start <= addr) {
3484                         va = tmp;
3485                         if (tmp->va_end >= addr)
3486                                 break;
3487
3488                         n = n->rb_right;
3489                 } else {
3490                         n = n->rb_left;
3491                 }
3492         }
3493
3494         return va;
3495 }
3496
3497 /**
3498  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
3499  * of free block below VMALLOC_END
3500  * @va:
3501  *   in - the VA we start the search(reverse order);
3502  *   out - the VA with the highest aligned end address.
3503  * @align: alignment for required highest address
3504  *
3505  * Returns: determined end address within vmap_area
3506  */
3507 static unsigned long
3508 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
3509 {
3510         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3511         unsigned long addr;
3512
3513         if (likely(*va)) {
3514                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
3515                                 &free_vmap_area_list, list) {
3516                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
3517                         if ((*va)->va_start < addr)
3518                                 return addr;
3519                 }
3520         }
3521
3522         return 0;
3523 }
3524
3525 /**
3526  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
3527  * @offsets: array containing offset of each area
3528  * @sizes: array containing size of each area
3529  * @nr_vms: the number of areas to allocate
3530  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
3531  *
3532  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
3533  *          vm_structs on success, %NULL on failure
3534  *
3535  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
3536  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
3537  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
3538  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
3539  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
3540  * areas are allocated from top.
3541  *
3542  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
3543  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
3544  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
3545  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
3546  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
3547  * and the result is returned.
3548  */
3549 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
3550                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
3551                                      size_t align)
3552 {
3553         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3554         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3555         struct vmap_area **vas, *va;
3556         struct vm_struct **vms;
3557         int area, area2, last_area, term_area;
3558         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
3559         bool purged = false;
3560         enum fit_type type;
3561
3562         /* verify parameters and allocate data structures */
3563         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
3564         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
3565                 start = offsets[area];
3566                 end = start + sizes[area];
3567
3568                 /* is everything aligned properly? */
3569                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
3570                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
3571
3572                 /* detect the area with the highest address */
3573                 if (start > offsets[last_area])
3574                         last_area = area;
3575
3576                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
3577                         unsigned long start2 = offsets[area2];
3578                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
3579
3580                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
3581                 }
3582         }
3583         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
3584
3585         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
3586                 WARN_ON(true);
3587                 return NULL;
3588         }
3589
3590         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
3591         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
3592         if (!vas || !vms)
3593                 goto err_free2;
3594
3595         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3596                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3597                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
3598                 if (!vas[area] || !vms[area])
3599                         goto err_free;
3600         }
3601 retry:
3602         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
3603
3604         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
3605         area = term_area = last_area;
3606         start = offsets[area];
3607         end = start + sizes[area];
3608
3609         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
3610         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3611
3612         while (true) {
3613                 /*
3614                  * base might have underflowed, add last_end before
3615                  * comparing.
3616                  */
3617                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
3618                         goto overflow;
3619
3620                 /*
3621                  * Fitting base has not been found.
3622                  */
3623                 if (va == NULL)
3624                         goto overflow;
3625
3626                 /*
3627                  * If required width exceeds current VA block, move
3628                  * base downwards and then recheck.
3629                  */
3630                 if (base + end > va->va_end) {
3631                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3632                         term_area = area;
3633                         continue;
3634                 }
3635
3636                 /*
3637                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
3638                  */
3639                 if (base + start < va->va_start) {
3640                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
3641                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3642                         term_area = area;
3643                         continue;
3644                 }
3645
3646                 /*
3647                  * This area fits, move on to the previous one.  If
3648                  * the previous one is the terminal one, we're done.
3649                  */
3650                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
3651                 if (area == term_area)
3652                         break;
3653
3654                 start = offsets[area];
3655                 end = start + sizes[area];
3656                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
3657         }
3658
3659         /* we've found a fitting base, insert all va's */
3660         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3661                 int ret;
3662
3663                 start = base + offsets[area];
3664                 size = sizes[area];
3665
3666                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
3667                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
3668                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3669                         goto recovery;
3670
3671                 type = classify_va_fit_type(va, start, size);
3672                 if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
3673                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3674                         goto recovery;
3675
3676                 ret = adjust_va_to_fit_type(va, start, size, type);
3677                 if (unlikely(ret))
3678                         goto recovery;
3679
3680                 /* Allocated area. */
3681                 va = vas[area];
3682                 va->va_start = start;
3683                 va->va_end = start + size;
3684         }
3685
3686         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3687
3688         /* populate the kasan shadow space */
3689         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3690                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
3691                         goto err_free_shadow;
3692
3693                 kasan_unpoison_vmalloc((void *)vas[area]->va_start,
3694                                        sizes[area]);
3695         }
3696
3697         /* insert all vm's */
3698         spin_lock(&vmap_area_lock);
3699         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3700                 insert_vmap_area(vas[area], &vmap_area_root, &vmap_area_list);
3701
3702                 setup_vmalloc_vm_locked(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
3703                                  pcpu_get_vm_areas);
3704         }
3705         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3706
3707         kfree(vas);
3708         return vms;
3709
3710 recovery:
3711         /*
3712          * Remove previously allocated areas. There is no
3713          * need in removing these areas from the busy tree,
3714          * because they are inserted only on the final step
3715          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
3716          */
3717         while (area--) {
3718                 orig_start = vas[area]->va_start;
3719                 orig_end = vas[area]->va_end;
3720                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
3721                                 &free_vmap_area_list);
3722                 if (va)
3723                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
3724                                 va->va_start, va->va_end);
3725                 vas[area] = NULL;
3726         }
3727
3728 overflow:
3729         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3730         if (!purged) {
3731                 purge_vmap_area_lazy();
3732                 purged = true;
3733
3734                 /* Before "retry", check if we recover. */
3735                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3736                         if (vas[area])
3737                                 continue;
3738
3739                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
3740                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3741                         if (!vas[area])
3742                                 goto err_free;
3743                 }
3744
3745                 goto retry;
3746         }
3747
3748 err_free:
3749         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3750                 if (vas[area])
3751                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
3752
3753                 kfree(vms[area]);
3754         }
3755 err_free2:
3756         kfree(vas);
3757         kfree(vms);
3758         return NULL;
3759
3760 err_free_shadow:
3761         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
3762         /*
3763          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
3764          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
3765          * being able to tolerate this case.
3766          */
3767         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3768                 orig_start = vas[area]->va_start;
3769                 orig_end = vas[area]->va_end;
3770                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
3771                                 &free_vmap_area_list);
3772                 if (va)
3773                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
3774                                 va->va_start, va->va_end);
3775                 vas[area] = NULL;
3776                 kfree(vms[area]);
3777         }
3778         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
3779         kfree(vas);
3780         kfree(vms);
3781         return NULL;
3782 }
3783
3784 /**
3785  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
3786  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
3787  * @nr_vms: the number of allocated areas
3788  *
3789  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
3790  */
3791 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
3792 {
3793         int i;
3794
3795         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
3796                 free_vm_area(vms[i]);
3797         kfree(vms);
3798 }
3799 #endif  /* CONFIG_SMP */
3800
3801 #ifdef CONFIG_PRINTK
3802 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
3803 {
3804         struct vm_struct *vm;
3805         void *objp = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)object);
3806
3807         vm = find_vm_area(objp);
3808         if (!vm)
3809                 return false;
3810         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
3811                 vm->nr_pages, (unsigned long)vm->addr, vm->caller);
3812         return true;
3813 }
3814 #endif
3815
3816 #ifdef CONFIG_PROC_FS
3817 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
3818         __acquires(&vmap_purge_lock)
3819         __acquires(&vmap_area_lock)
3820 {
3821         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
3822         spin_lock(&vmap_area_lock);
3823
3824         return seq_list_start(&vmap_area_list, *pos);
3825 }
3826
3827 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
3828 {
3829         return seq_list_next(p, &vmap_area_list, pos);
3830 }
3831
3832 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
3833         __releases(&vmap_area_lock)
3834         __releases(&vmap_purge_lock)
3835 {
3836         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3837         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
3838 }
3839
3840 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
3841 {
3842         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
3843                 unsigned int nr, *counters = m->private;
3844
3845                 if (!counters)
3846                         return;
3847
3848                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
3849                         return;
3850                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
3851                 smp_rmb();
3852
3853                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
3854
3855                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr++)
3856                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])]++;
3857
3858                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
3859                         if (counters[nr])
3860                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
3861         }
3862 }
3863
3864 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
3865 {
3866         struct vmap_area *va;
3867
3868         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
3869         list_for_each_entry(va, &purge_vmap_area_list, list) {
3870                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
3871                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
3872                         va->va_end - va->va_start);
3873         }
3874         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
3875 }
3876
3877 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
3878 {
3879         struct vmap_area *va;
3880         struct vm_struct *v;
3881
3882         va = list_entry(p, struct vmap_area, list);
3883
3884         /*
3885          * s_show can encounter race with remove_vm_area, !vm on behalf
3886          * of vmap area is being tear down or vm_map_ram allocation.
3887          */
3888         if (!va->vm) {
3889                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
3890                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
3891                         va->va_end - va->va_start);
3892
3893                 return 0;
3894         }
3895
3896         v = va->vm;
3897
3898         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
3899                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
3900
3901         if (v->caller)
3902                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
3903
3904         if (v->nr_pages)
3905                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
3906
3907         if (v->phys_addr)
3908                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
3909
3910         if (v->flags & VM_IOREMAP)
3911                 seq_puts(m, " ioremap");
3912
3913         if (v->flags & VM_ALLOC)
3914                 seq_puts(m, " vmalloc");
3915
3916         if (v->flags & VM_MAP)
3917                 seq_puts(m, " vmap");
3918
3919         if (v->flags & VM_USERMAP)
3920                 seq_puts(m, " user");
3921
3922         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
3923                 seq_puts(m, " dma-coherent");
3924
3925         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
3926                 seq_puts(m, " vpages");
3927
3928         show_numa_info(m, v);
3929         seq_putc(m, '\n');
3930
3931         /*
3932          * As a final step, dump "unpurged" areas.
3933          */
3934         if (list_is_last(&va->list, &vmap_area_list))
3935                 show_purge_info(m);
3936
3937         return 0;
3938 }
3939
3940 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
3941         .start = s_start,
3942         .next = s_next,
3943         .stop = s_stop,
3944         .show = s_show,
3945 };
3946
3947 static int __init proc_vmalloc_init(void)
3948 {
3949         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3950                 proc_create_seq_private("vmallocinfo", 0400, NULL,
3951                                 &vmalloc_op,
3952                                 nr_node_ids * sizeof(unsigned int), NULL);
3953         else
3954                 proc_create_seq("vmallocinfo", 0400, NULL, &vmalloc_op);
3955         return 0;
3956 }
3957 module_init(proc_vmalloc_init);
3958
3959 #endif