f2fs: Provide a splice-read wrapper
[linux-block.git] / mm / percpu.c
1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
2 /*
3  * mm/percpu.c - percpu memory allocator
4  *
5  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
6  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
7  *
8  * Copyright (C) 2017           Facebook Inc.
9  * Copyright (C) 2017           Dennis Zhou <dennis@kernel.org>
10  *
11  * The percpu allocator handles both static and dynamic areas.  Percpu
12  * areas are allocated in chunks which are divided into units.  There is
13  * a 1-to-1 mapping for units to possible cpus.  These units are grouped
14  * based on NUMA properties of the machine.
15  *
16  *  c0                           c1                         c2
17  *  -------------------          -------------------        ------------
18  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
19  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
20  *
21  * Allocation is done by offsets into a unit's address space.  Ie., an
22  * area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k in c1:u0,
23  * c1:u1, c1:u2, etc.  On NUMA machines, the mapping may be non-linear
24  * and even sparse.  Access is handled by configuring percpu base
25  * registers according to the cpu to unit mappings and offsetting the
26  * base address using pcpu_unit_size.
27  *
28  * There is special consideration for the first chunk which must handle
29  * the static percpu variables in the kernel image as allocation services
30  * are not online yet.  In short, the first chunk is structured like so:
31  *
32  *                  <Static | [Reserved] | Dynamic>
33  *
34  * The static data is copied from the original section managed by the
35  * linker.  The reserved section, if non-zero, primarily manages static
36  * percpu variables from kernel modules.  Finally, the dynamic section
37  * takes care of normal allocations.
38  *
39  * The allocator organizes chunks into lists according to free size and
40  * memcg-awareness.  To make a percpu allocation memcg-aware the __GFP_ACCOUNT
41  * flag should be passed.  All memcg-aware allocations are sharing one set
42  * of chunks and all unaccounted allocations and allocations performed
43  * by processes belonging to the root memory cgroup are using the second set.
44  *
45  * The allocator tries to allocate from the fullest chunk first. Each chunk
46  * is managed by a bitmap with metadata blocks.  The allocation map is updated
47  * on every allocation and free to reflect the current state while the boundary
48  * map is only updated on allocation.  Each metadata block contains
49  * information to help mitigate the need to iterate over large portions
50  * of the bitmap.  The reverse mapping from page to chunk is stored in
51  * the page's index.  Lastly, units are lazily backed and grow in unison.
52  *
53  * There is a unique conversion that goes on here between bytes and bits.
54  * Each bit represents a fragment of size PCPU_MIN_ALLOC_SIZE.  The chunk
55  * tracks the number of pages it is responsible for in nr_pages.  Helper
56  * functions are used to convert from between the bytes, bits, and blocks.
57  * All hints are managed in bits unless explicitly stated.
58  *
59  * To use this allocator, arch code should do the following:
60  *
61  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
62  *   regular address to percpu pointer and back if they need to be
63  *   different from the default
64  *
65  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
66  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
67  */
68
69 #define pr_fmt(fmt) KBUILD_MODNAME ": " fmt
70
71 #include <linux/bitmap.h>
72 #include <linux/cpumask.h>
73 #include <linux/memblock.h>
74 #include <linux/err.h>
75 #include <linux/list.h>
76 #include <linux/log2.h>
77 #include <linux/mm.h>
78 #include <linux/module.h>
79 #include <linux/mutex.h>
80 #include <linux/percpu.h>
81 #include <linux/pfn.h>
82 #include <linux/slab.h>
83 #include <linux/spinlock.h>
84 #include <linux/vmalloc.h>
85 #include <linux/workqueue.h>
86 #include <linux/kmemleak.h>
87 #include <linux/sched.h>
88 #include <linux/sched/mm.h>
89 #include <linux/memcontrol.h>
90
91 #include <asm/cacheflush.h>
92 #include <asm/sections.h>
93 #include <asm/tlbflush.h>
94 #include <asm/io.h>
95
96 #define CREATE_TRACE_POINTS
97 #include <trace/events/percpu.h>
98
99 #include "percpu-internal.h"
100
101 /*
102  * The slots are sorted by the size of the biggest continuous free area.
103  * 1-31 bytes share the same slot.
104  */
105 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5
106 /* chunks in slots below this are subject to being sidelined on failed alloc */
107 #define PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD        3
108
109 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW        2
110 #define PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH       4
111
112 #ifdef CONFIG_SMP
113 /* default addr <-> pcpu_ptr mapping, override in asm/percpu.h if necessary */
114 #ifndef __addr_to_pcpu_ptr
115 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)                                        \
116         (void __percpu *)((unsigned long)(addr) -                       \
117                           (unsigned long)pcpu_base_addr +               \
118                           (unsigned long)__per_cpu_start)
119 #endif
120 #ifndef __pcpu_ptr_to_addr
121 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)                                         \
122         (void __force *)((unsigned long)(ptr) +                         \
123                          (unsigned long)pcpu_base_addr -                \
124                          (unsigned long)__per_cpu_start)
125 #endif
126 #else   /* CONFIG_SMP */
127 /* on UP, it's always identity mapped */
128 #define __addr_to_pcpu_ptr(addr)        (void __percpu *)(addr)
129 #define __pcpu_ptr_to_addr(ptr)         (void __force *)(ptr)
130 #endif  /* CONFIG_SMP */
131
132 static int pcpu_unit_pages __ro_after_init;
133 static int pcpu_unit_size __ro_after_init;
134 static int pcpu_nr_units __ro_after_init;
135 static int pcpu_atom_size __ro_after_init;
136 int pcpu_nr_slots __ro_after_init;
137 static int pcpu_free_slot __ro_after_init;
138 int pcpu_sidelined_slot __ro_after_init;
139 int pcpu_to_depopulate_slot __ro_after_init;
140 static size_t pcpu_chunk_struct_size __ro_after_init;
141
142 /* cpus with the lowest and highest unit addresses */
143 static unsigned int pcpu_low_unit_cpu __ro_after_init;
144 static unsigned int pcpu_high_unit_cpu __ro_after_init;
145
146 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
147 void *pcpu_base_addr __ro_after_init;
148
149 static const int *pcpu_unit_map __ro_after_init;                /* cpu -> unit */
150 const unsigned long *pcpu_unit_offsets __ro_after_init; /* cpu -> unit offset */
151
152 /* group information, used for vm allocation */
153 static int pcpu_nr_groups __ro_after_init;
154 static const unsigned long *pcpu_group_offsets __ro_after_init;
155 static const size_t *pcpu_group_sizes __ro_after_init;
156
157 /*
158  * The first chunk which always exists.  Note that unlike other
159  * chunks, this one can be allocated and mapped in several different
160  * ways and thus often doesn't live in the vmalloc area.
161  */
162 struct pcpu_chunk *pcpu_first_chunk __ro_after_init;
163
164 /*
165  * Optional reserved chunk.  This chunk reserves part of the first
166  * chunk and serves it for reserved allocations.  When the reserved
167  * region doesn't exist, the following variable is NULL.
168  */
169 struct pcpu_chunk *pcpu_reserved_chunk __ro_after_init;
170
171 DEFINE_SPINLOCK(pcpu_lock);     /* all internal data structures */
172 static DEFINE_MUTEX(pcpu_alloc_mutex);  /* chunk create/destroy, [de]pop, map ext */
173
174 struct list_head *pcpu_chunk_lists __ro_after_init; /* chunk list slots */
175
176 /*
177  * The number of empty populated pages, protected by pcpu_lock.
178  * The reserved chunk doesn't contribute to the count.
179  */
180 int pcpu_nr_empty_pop_pages;
181
182 /*
183  * The number of populated pages in use by the allocator, protected by
184  * pcpu_lock.  This number is kept per a unit per chunk (i.e. when a page gets
185  * allocated/deallocated, it is allocated/deallocated in all units of a chunk
186  * and increments/decrements this count by 1).
187  */
188 static unsigned long pcpu_nr_populated;
189
190 /*
191  * Balance work is used to populate or destroy chunks asynchronously.  We
192  * try to keep the number of populated free pages between
193  * PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW and HIGH for atomic allocations and at most one
194  * empty chunk.
195  */
196 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work);
197 static DECLARE_WORK(pcpu_balance_work, pcpu_balance_workfn);
198 static bool pcpu_async_enabled __read_mostly;
199 static bool pcpu_atomic_alloc_failed;
200
201 static void pcpu_schedule_balance_work(void)
202 {
203         if (pcpu_async_enabled)
204                 schedule_work(&pcpu_balance_work);
205 }
206
207 /**
208  * pcpu_addr_in_chunk - check if the address is served from this chunk
209  * @chunk: chunk of interest
210  * @addr: percpu address
211  *
212  * RETURNS:
213  * True if the address is served from this chunk.
214  */
215 static bool pcpu_addr_in_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, void *addr)
216 {
217         void *start_addr, *end_addr;
218
219         if (!chunk)
220                 return false;
221
222         start_addr = chunk->base_addr + chunk->start_offset;
223         end_addr = chunk->base_addr + chunk->nr_pages * PAGE_SIZE -
224                    chunk->end_offset;
225
226         return addr >= start_addr && addr < end_addr;
227 }
228
229 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
230 {
231         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
232         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
233 }
234
235 static int pcpu_size_to_slot(int size)
236 {
237         if (size == pcpu_unit_size)
238                 return pcpu_free_slot;
239         return __pcpu_size_to_slot(size);
240 }
241
242 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
243 {
244         const struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
245
246         if (chunk->free_bytes < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE ||
247             chunk_md->contig_hint == 0)
248                 return 0;
249
250         return pcpu_size_to_slot(chunk_md->contig_hint * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
251 }
252
253 /* set the pointer to a chunk in a page struct */
254 static void pcpu_set_page_chunk(struct page *page, struct pcpu_chunk *pcpu)
255 {
256         page->index = (unsigned long)pcpu;
257 }
258
259 /* obtain pointer to a chunk from a page struct */
260 static struct pcpu_chunk *pcpu_get_page_chunk(struct page *page)
261 {
262         return (struct pcpu_chunk *)page->index;
263 }
264
265 static int __maybe_unused pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
266 {
267         return pcpu_unit_map[cpu] * pcpu_unit_pages + page_idx;
268 }
269
270 static unsigned long pcpu_unit_page_offset(unsigned int cpu, int page_idx)
271 {
272         return pcpu_unit_offsets[cpu] + (page_idx << PAGE_SHIFT);
273 }
274
275 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
276                                      unsigned int cpu, int page_idx)
277 {
278         return (unsigned long)chunk->base_addr +
279                pcpu_unit_page_offset(cpu, page_idx);
280 }
281
282 /*
283  * The following are helper functions to help access bitmaps and convert
284  * between bitmap offsets to address offsets.
285  */
286 static unsigned long *pcpu_index_alloc_map(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
287 {
288         return chunk->alloc_map +
289                (index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS / BITS_PER_LONG);
290 }
291
292 static unsigned long pcpu_off_to_block_index(int off)
293 {
294         return off / PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
295 }
296
297 static unsigned long pcpu_off_to_block_off(int off)
298 {
299         return off & (PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - 1);
300 }
301
302 static unsigned long pcpu_block_off_to_off(int index, int off)
303 {
304         return index * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS + off;
305 }
306
307 /**
308  * pcpu_check_block_hint - check against the contig hint
309  * @block: block of interest
310  * @bits: size of allocation
311  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
312  *
313  * Check to see if the allocation can fit in the block's contig hint.
314  * Note, a chunk uses the same hints as a block so this can also check against
315  * the chunk's contig hint.
316  */
317 static bool pcpu_check_block_hint(struct pcpu_block_md *block, int bits,
318                                   size_t align)
319 {
320         int bit_off = ALIGN(block->contig_hint_start, align) -
321                 block->contig_hint_start;
322
323         return bit_off + bits <= block->contig_hint;
324 }
325
326 /*
327  * pcpu_next_hint - determine which hint to use
328  * @block: block of interest
329  * @alloc_bits: size of allocation
330  *
331  * This determines if we should scan based on the scan_hint or first_free.
332  * In general, we want to scan from first_free to fulfill allocations by
333  * first fit.  However, if we know a scan_hint at position scan_hint_start
334  * cannot fulfill an allocation, we can begin scanning from there knowing
335  * the contig_hint will be our fallback.
336  */
337 static int pcpu_next_hint(struct pcpu_block_md *block, int alloc_bits)
338 {
339         /*
340          * The three conditions below determine if we can skip past the
341          * scan_hint.  First, does the scan hint exist.  Second, is the
342          * contig_hint after the scan_hint (possibly not true iff
343          * contig_hint == scan_hint).  Third, is the allocation request
344          * larger than the scan_hint.
345          */
346         if (block->scan_hint &&
347             block->contig_hint_start > block->scan_hint_start &&
348             alloc_bits > block->scan_hint)
349                 return block->scan_hint_start + block->scan_hint;
350
351         return block->first_free;
352 }
353
354 /**
355  * pcpu_next_md_free_region - finds the next hint free area
356  * @chunk: chunk of interest
357  * @bit_off: chunk offset
358  * @bits: size of free area
359  *
360  * Helper function for pcpu_for_each_md_free_region.  It checks
361  * block->contig_hint and performs aggregation across blocks to find the
362  * next hint.  It modifies bit_off and bits in-place to be consumed in the
363  * loop.
364  */
365 static void pcpu_next_md_free_region(struct pcpu_chunk *chunk, int *bit_off,
366                                      int *bits)
367 {
368         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
369         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
370         struct pcpu_block_md *block;
371
372         *bits = 0;
373         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
374              block++, i++) {
375                 /* handles contig area across blocks */
376                 if (*bits) {
377                         *bits += block->left_free;
378                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
379                                 continue;
380                         return;
381                 }
382
383                 /*
384                  * This checks three things.  First is there a contig_hint to
385                  * check.  Second, have we checked this hint before by
386                  * comparing the block_off.  Third, is this the same as the
387                  * right contig hint.  In the last case, it spills over into
388                  * the next block and should be handled by the contig area
389                  * across blocks code.
390                  */
391                 *bits = block->contig_hint;
392                 if (*bits && block->contig_hint_start >= block_off &&
393                     *bits + block->contig_hint_start < PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
394                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i,
395                                         block->contig_hint_start);
396                         return;
397                 }
398                 /* reset to satisfy the second predicate above */
399                 block_off = 0;
400
401                 *bits = block->right_free;
402                 *bit_off = (i + 1) * PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free;
403         }
404 }
405
406 /**
407  * pcpu_next_fit_region - finds fit areas for a given allocation request
408  * @chunk: chunk of interest
409  * @alloc_bits: size of allocation
410  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
411  * @bit_off: chunk offset
412  * @bits: size of free area
413  *
414  * Finds the next free region that is viable for use with a given size and
415  * alignment.  This only returns if there is a valid area to be used for this
416  * allocation.  block->first_free is returned if the allocation request fits
417  * within the block to see if the request can be fulfilled prior to the contig
418  * hint.
419  */
420 static void pcpu_next_fit_region(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
421                                  int align, int *bit_off, int *bits)
422 {
423         int i = pcpu_off_to_block_index(*bit_off);
424         int block_off = pcpu_off_to_block_off(*bit_off);
425         struct pcpu_block_md *block;
426
427         *bits = 0;
428         for (block = chunk->md_blocks + i; i < pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
429              block++, i++) {
430                 /* handles contig area across blocks */
431                 if (*bits) {
432                         *bits += block->left_free;
433                         if (*bits >= alloc_bits)
434                                 return;
435                         if (block->left_free == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
436                                 continue;
437                 }
438
439                 /* check block->contig_hint */
440                 *bits = ALIGN(block->contig_hint_start, align) -
441                         block->contig_hint_start;
442                 /*
443                  * This uses the block offset to determine if this has been
444                  * checked in the prior iteration.
445                  */
446                 if (block->contig_hint &&
447                     block->contig_hint_start >= block_off &&
448                     block->contig_hint >= *bits + alloc_bits) {
449                         int start = pcpu_next_hint(block, alloc_bits);
450
451                         *bits += alloc_bits + block->contig_hint_start -
452                                  start;
453                         *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, start);
454                         return;
455                 }
456                 /* reset to satisfy the second predicate above */
457                 block_off = 0;
458
459                 *bit_off = ALIGN(PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - block->right_free,
460                                  align);
461                 *bits = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - *bit_off;
462                 *bit_off = pcpu_block_off_to_off(i, *bit_off);
463                 if (*bits >= alloc_bits)
464                         return;
465         }
466
467         /* no valid offsets were found - fail condition */
468         *bit_off = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
469 }
470
471 /*
472  * Metadata free area iterators.  These perform aggregation of free areas
473  * based on the metadata blocks and return the offset @bit_off and size in
474  * bits of the free area @bits.  pcpu_for_each_fit_region only returns when
475  * a fit is found for the allocation request.
476  */
477 #define pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits)              \
478         for (pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits));    \
479              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                  \
480              (bit_off) += (bits) + 1,                                   \
481              pcpu_next_md_free_region((chunk), &(bit_off), &(bits)))
482
483 #define pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits)     \
484         for (pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
485                                   &(bits));                                   \
486              (bit_off) < pcpu_chunk_map_bits((chunk));                        \
487              (bit_off) += (bits),                                             \
488              pcpu_next_fit_region((chunk), (alloc_bits), (align), &(bit_off), \
489                                   &(bits)))
490
491 /**
492  * pcpu_mem_zalloc - allocate memory
493  * @size: bytes to allocate
494  * @gfp: allocation flags
495  *
496  * Allocate @size bytes.  If @size is smaller than PAGE_SIZE,
497  * kzalloc() is used; otherwise, the equivalent of vzalloc() is used.
498  * This is to facilitate passing through whitelisted flags.  The
499  * returned memory is always zeroed.
500  *
501  * RETURNS:
502  * Pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
503  */
504 static void *pcpu_mem_zalloc(size_t size, gfp_t gfp)
505 {
506         if (WARN_ON_ONCE(!slab_is_available()))
507                 return NULL;
508
509         if (size <= PAGE_SIZE)
510                 return kzalloc(size, gfp);
511         else
512                 return __vmalloc(size, gfp | __GFP_ZERO);
513 }
514
515 /**
516  * pcpu_mem_free - free memory
517  * @ptr: memory to free
518  *
519  * Free @ptr.  @ptr should have been allocated using pcpu_mem_zalloc().
520  */
521 static void pcpu_mem_free(void *ptr)
522 {
523         kvfree(ptr);
524 }
525
526 static void __pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot,
527                               bool move_front)
528 {
529         if (chunk != pcpu_reserved_chunk) {
530                 if (move_front)
531                         list_move(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[slot]);
532                 else
533                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[slot]);
534         }
535 }
536
537 static void pcpu_chunk_move(struct pcpu_chunk *chunk, int slot)
538 {
539         __pcpu_chunk_move(chunk, slot, true);
540 }
541
542 /**
543  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
544  * @chunk: chunk of interest
545  * @oslot: the previous slot it was on
546  *
547  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
548  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
549  * moved to the slot.  Note that the reserved chunk is never put on
550  * chunk slots.
551  *
552  * CONTEXT:
553  * pcpu_lock.
554  */
555 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
556 {
557         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
558
559         /* leave isolated chunks in-place */
560         if (chunk->isolated)
561                 return;
562
563         if (oslot != nslot)
564                 __pcpu_chunk_move(chunk, nslot, oslot < nslot);
565 }
566
567 static void pcpu_isolate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
568 {
569         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
570
571         if (!chunk->isolated) {
572                 chunk->isolated = true;
573                 pcpu_nr_empty_pop_pages -= chunk->nr_empty_pop_pages;
574         }
575         list_move(&chunk->list, &pcpu_chunk_lists[pcpu_to_depopulate_slot]);
576 }
577
578 static void pcpu_reintegrate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
579 {
580         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
581
582         if (chunk->isolated) {
583                 chunk->isolated = false;
584                 pcpu_nr_empty_pop_pages += chunk->nr_empty_pop_pages;
585                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
586         }
587 }
588
589 /*
590  * pcpu_update_empty_pages - update empty page counters
591  * @chunk: chunk of interest
592  * @nr: nr of empty pages
593  *
594  * This is used to keep track of the empty pages now based on the premise
595  * a md_block covers a page.  The hint update functions recognize if a block
596  * is made full or broken to calculate deltas for keeping track of free pages.
597  */
598 static inline void pcpu_update_empty_pages(struct pcpu_chunk *chunk, int nr)
599 {
600         chunk->nr_empty_pop_pages += nr;
601         if (chunk != pcpu_reserved_chunk && !chunk->isolated)
602                 pcpu_nr_empty_pop_pages += nr;
603 }
604
605 /*
606  * pcpu_region_overlap - determines if two regions overlap
607  * @a: start of first region, inclusive
608  * @b: end of first region, exclusive
609  * @x: start of second region, inclusive
610  * @y: end of second region, exclusive
611  *
612  * This is used to determine if the hint region [a, b) overlaps with the
613  * allocated region [x, y).
614  */
615 static inline bool pcpu_region_overlap(int a, int b, int x, int y)
616 {
617         return (a < y) && (x < b);
618 }
619
620 /**
621  * pcpu_block_update - updates a block given a free area
622  * @block: block of interest
623  * @start: start offset in block
624  * @end: end offset in block
625  *
626  * Updates a block given a known free area.  The region [start, end) is
627  * expected to be the entirety of the free area within a block.  Chooses
628  * the best starting offset if the contig hints are equal.
629  */
630 static void pcpu_block_update(struct pcpu_block_md *block, int start, int end)
631 {
632         int contig = end - start;
633
634         block->first_free = min(block->first_free, start);
635         if (start == 0)
636                 block->left_free = contig;
637
638         if (end == block->nr_bits)
639                 block->right_free = contig;
640
641         if (contig > block->contig_hint) {
642                 /* promote the old contig_hint to be the new scan_hint */
643                 if (start > block->contig_hint_start) {
644                         if (block->contig_hint > block->scan_hint) {
645                                 block->scan_hint_start =
646                                         block->contig_hint_start;
647                                 block->scan_hint = block->contig_hint;
648                         } else if (start < block->scan_hint_start) {
649                                 /*
650                                  * The old contig_hint == scan_hint.  But, the
651                                  * new contig is larger so hold the invariant
652                                  * scan_hint_start < contig_hint_start.
653                                  */
654                                 block->scan_hint = 0;
655                         }
656                 } else {
657                         block->scan_hint = 0;
658                 }
659                 block->contig_hint_start = start;
660                 block->contig_hint = contig;
661         } else if (contig == block->contig_hint) {
662                 if (block->contig_hint_start &&
663                     (!start ||
664                      __ffs(start) > __ffs(block->contig_hint_start))) {
665                         /* start has a better alignment so use it */
666                         block->contig_hint_start = start;
667                         if (start < block->scan_hint_start &&
668                             block->contig_hint > block->scan_hint)
669                                 block->scan_hint = 0;
670                 } else if (start > block->scan_hint_start ||
671                            block->contig_hint > block->scan_hint) {
672                         /*
673                          * Knowing contig == contig_hint, update the scan_hint
674                          * if it is farther than or larger than the current
675                          * scan_hint.
676                          */
677                         block->scan_hint_start = start;
678                         block->scan_hint = contig;
679                 }
680         } else {
681                 /*
682                  * The region is smaller than the contig_hint.  So only update
683                  * the scan_hint if it is larger than or equal and farther than
684                  * the current scan_hint.
685                  */
686                 if ((start < block->contig_hint_start &&
687                      (contig > block->scan_hint ||
688                       (contig == block->scan_hint &&
689                        start > block->scan_hint_start)))) {
690                         block->scan_hint_start = start;
691                         block->scan_hint = contig;
692                 }
693         }
694 }
695
696 /*
697  * pcpu_block_update_scan - update a block given a free area from a scan
698  * @chunk: chunk of interest
699  * @bit_off: chunk offset
700  * @bits: size of free area
701  *
702  * Finding the final allocation spot first goes through pcpu_find_block_fit()
703  * to find a block that can hold the allocation and then pcpu_alloc_area()
704  * where a scan is used.  When allocations require specific alignments,
705  * we can inadvertently create holes which will not be seen in the alloc
706  * or free paths.
707  *
708  * This takes a given free area hole and updates a block as it may change the
709  * scan_hint.  We need to scan backwards to ensure we don't miss free bits
710  * from alignment.
711  */
712 static void pcpu_block_update_scan(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
713                                    int bits)
714 {
715         int s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
716         int e_off = s_off + bits;
717         int s_index, l_bit;
718         struct pcpu_block_md *block;
719
720         if (e_off > PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
721                 return;
722
723         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
724         block = chunk->md_blocks + s_index;
725
726         /* scan backwards in case of alignment skipping free bits */
727         l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index), s_off);
728         s_off = (s_off == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
729
730         pcpu_block_update(block, s_off, e_off);
731 }
732
733 /**
734  * pcpu_chunk_refresh_hint - updates metadata about a chunk
735  * @chunk: chunk of interest
736  * @full_scan: if we should scan from the beginning
737  *
738  * Iterates over the metadata blocks to find the largest contig area.
739  * A full scan can be avoided on the allocation path as this is triggered
740  * if we broke the contig_hint.  In doing so, the scan_hint will be before
741  * the contig_hint or after if the scan_hint == contig_hint.  This cannot
742  * be prevented on freeing as we want to find the largest area possibly
743  * spanning blocks.
744  */
745 static void pcpu_chunk_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, bool full_scan)
746 {
747         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
748         int bit_off, bits;
749
750         /* promote scan_hint to contig_hint */
751         if (!full_scan && chunk_md->scan_hint) {
752                 bit_off = chunk_md->scan_hint_start + chunk_md->scan_hint;
753                 chunk_md->contig_hint_start = chunk_md->scan_hint_start;
754                 chunk_md->contig_hint = chunk_md->scan_hint;
755                 chunk_md->scan_hint = 0;
756         } else {
757                 bit_off = chunk_md->first_free;
758                 chunk_md->contig_hint = 0;
759         }
760
761         bits = 0;
762         pcpu_for_each_md_free_region(chunk, bit_off, bits)
763                 pcpu_block_update(chunk_md, bit_off, bit_off + bits);
764 }
765
766 /**
767  * pcpu_block_refresh_hint
768  * @chunk: chunk of interest
769  * @index: index of the metadata block
770  *
771  * Scans over the block beginning at first_free and updates the block
772  * metadata accordingly.
773  */
774 static void pcpu_block_refresh_hint(struct pcpu_chunk *chunk, int index)
775 {
776         struct pcpu_block_md *block = chunk->md_blocks + index;
777         unsigned long *alloc_map = pcpu_index_alloc_map(chunk, index);
778         unsigned int start, end;        /* region start, region end */
779
780         /* promote scan_hint to contig_hint */
781         if (block->scan_hint) {
782                 start = block->scan_hint_start + block->scan_hint;
783                 block->contig_hint_start = block->scan_hint_start;
784                 block->contig_hint = block->scan_hint;
785                 block->scan_hint = 0;
786         } else {
787                 start = block->first_free;
788                 block->contig_hint = 0;
789         }
790
791         block->right_free = 0;
792
793         /* iterate over free areas and update the contig hints */
794         for_each_clear_bitrange_from(start, end, alloc_map, PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
795                 pcpu_block_update(block, start, end);
796 }
797
798 /**
799  * pcpu_block_update_hint_alloc - update hint on allocation path
800  * @chunk: chunk of interest
801  * @bit_off: chunk offset
802  * @bits: size of request
803  *
804  * Updates metadata for the allocation path.  The metadata only has to be
805  * refreshed by a full scan iff the chunk's contig hint is broken.  Block level
806  * scans are required if the block's contig hint is broken.
807  */
808 static void pcpu_block_update_hint_alloc(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
809                                          int bits)
810 {
811         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
812         int nr_empty_pages = 0;
813         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
814         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
815         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
816
817         /*
818          * Calculate per block offsets.
819          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
820          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
821          * range.
822          */
823         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
824         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
825         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
826         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
827
828         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
829         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
830
831         /*
832          * Update s_block.
833          */
834         if (s_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
835                 nr_empty_pages++;
836
837         /*
838          * block->first_free must be updated if the allocation takes its place.
839          * If the allocation breaks the contig_hint, a scan is required to
840          * restore this hint.
841          */
842         if (s_off == s_block->first_free)
843                 s_block->first_free = find_next_zero_bit(
844                                         pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
845                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
846                                         s_off + bits);
847
848         if (pcpu_region_overlap(s_block->scan_hint_start,
849                                 s_block->scan_hint_start + s_block->scan_hint,
850                                 s_off,
851                                 s_off + bits))
852                 s_block->scan_hint = 0;
853
854         if (pcpu_region_overlap(s_block->contig_hint_start,
855                                 s_block->contig_hint_start +
856                                 s_block->contig_hint,
857                                 s_off,
858                                 s_off + bits)) {
859                 /* block contig hint is broken - scan to fix it */
860                 if (!s_off)
861                         s_block->left_free = 0;
862                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, s_index);
863         } else {
864                 /* update left and right contig manually */
865                 s_block->left_free = min(s_block->left_free, s_off);
866                 if (s_index == e_index)
867                         s_block->right_free = min_t(int, s_block->right_free,
868                                         PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
869                 else
870                         s_block->right_free = 0;
871         }
872
873         /*
874          * Update e_block.
875          */
876         if (s_index != e_index) {
877                 if (e_block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
878                         nr_empty_pages++;
879
880                 /*
881                  * When the allocation is across blocks, the end is along
882                  * the left part of the e_block.
883                  */
884                 e_block->first_free = find_next_zero_bit(
885                                 pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
886                                 PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, e_off);
887
888                 if (e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) {
889                         /* reset the block */
890                         e_block++;
891                 } else {
892                         if (e_off > e_block->scan_hint_start)
893                                 e_block->scan_hint = 0;
894
895                         e_block->left_free = 0;
896                         if (e_off > e_block->contig_hint_start) {
897                                 /* contig hint is broken - scan to fix it */
898                                 pcpu_block_refresh_hint(chunk, e_index);
899                         } else {
900                                 e_block->right_free =
901                                         min_t(int, e_block->right_free,
902                                               PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS - e_off);
903                         }
904                 }
905
906                 /* update in-between md_blocks */
907                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
908                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
909                         block->scan_hint = 0;
910                         block->contig_hint = 0;
911                         block->left_free = 0;
912                         block->right_free = 0;
913                 }
914         }
915
916         /*
917          * If the allocation is not atomic, some blocks may not be
918          * populated with pages, while we account it here.  The number
919          * of pages will be added back with pcpu_chunk_populated()
920          * when populating pages.
921          */
922         if (nr_empty_pages)
923                 pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr_empty_pages);
924
925         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->scan_hint_start,
926                                 chunk_md->scan_hint_start +
927                                 chunk_md->scan_hint,
928                                 bit_off,
929                                 bit_off + bits))
930                 chunk_md->scan_hint = 0;
931
932         /*
933          * The only time a full chunk scan is required is if the chunk
934          * contig hint is broken.  Otherwise, it means a smaller space
935          * was used and therefore the chunk contig hint is still correct.
936          */
937         if (pcpu_region_overlap(chunk_md->contig_hint_start,
938                                 chunk_md->contig_hint_start +
939                                 chunk_md->contig_hint,
940                                 bit_off,
941                                 bit_off + bits))
942                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, false);
943 }
944
945 /**
946  * pcpu_block_update_hint_free - updates the block hints on the free path
947  * @chunk: chunk of interest
948  * @bit_off: chunk offset
949  * @bits: size of request
950  *
951  * Updates metadata for the allocation path.  This avoids a blind block
952  * refresh by making use of the block contig hints.  If this fails, it scans
953  * forward and backward to determine the extent of the free area.  This is
954  * capped at the boundary of blocks.
955  *
956  * A chunk update is triggered if a page becomes free, a block becomes free,
957  * or the free spans across blocks.  This tradeoff is to minimize iterating
958  * over the block metadata to update chunk_md->contig_hint.
959  * chunk_md->contig_hint may be off by up to a page, but it will never be more
960  * than the available space.  If the contig hint is contained in one block, it
961  * will be accurate.
962  */
963 static void pcpu_block_update_hint_free(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off,
964                                         int bits)
965 {
966         int nr_empty_pages = 0;
967         struct pcpu_block_md *s_block, *e_block, *block;
968         int s_index, e_index;   /* block indexes of the freed allocation */
969         int s_off, e_off;       /* block offsets of the freed allocation */
970         int start, end;         /* start and end of the whole free area */
971
972         /*
973          * Calculate per block offsets.
974          * The calculation uses an inclusive range, but the resulting offsets
975          * are [start, end).  e_index always points to the last block in the
976          * range.
977          */
978         s_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off);
979         e_index = pcpu_off_to_block_index(bit_off + bits - 1);
980         s_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off);
981         e_off = pcpu_off_to_block_off(bit_off + bits - 1) + 1;
982
983         s_block = chunk->md_blocks + s_index;
984         e_block = chunk->md_blocks + e_index;
985
986         /*
987          * Check if the freed area aligns with the block->contig_hint.
988          * If it does, then the scan to find the beginning/end of the
989          * larger free area can be avoided.
990          *
991          * start and end refer to beginning and end of the free area
992          * within each their respective blocks.  This is not necessarily
993          * the entire free area as it may span blocks past the beginning
994          * or end of the block.
995          */
996         start = s_off;
997         if (s_off == s_block->contig_hint + s_block->contig_hint_start) {
998                 start = s_block->contig_hint_start;
999         } else {
1000                 /*
1001                  * Scan backwards to find the extent of the free area.
1002                  * find_last_bit returns the starting bit, so if the start bit
1003                  * is returned, that means there was no last bit and the
1004                  * remainder of the chunk is free.
1005                  */
1006                 int l_bit = find_last_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, s_index),
1007                                           start);
1008                 start = (start == l_bit) ? 0 : l_bit + 1;
1009         }
1010
1011         end = e_off;
1012         if (e_off == e_block->contig_hint_start)
1013                 end = e_block->contig_hint_start + e_block->contig_hint;
1014         else
1015                 end = find_next_bit(pcpu_index_alloc_map(chunk, e_index),
1016                                     PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS, end);
1017
1018         /* update s_block */
1019         e_off = (s_index == e_index) ? end : PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1020         if (!start && e_off == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
1021                 nr_empty_pages++;
1022         pcpu_block_update(s_block, start, e_off);
1023
1024         /* freeing in the same block */
1025         if (s_index != e_index) {
1026                 /* update e_block */
1027                 if (end == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS)
1028                         nr_empty_pages++;
1029                 pcpu_block_update(e_block, 0, end);
1030
1031                 /* reset md_blocks in the middle */
1032                 nr_empty_pages += (e_index - s_index - 1);
1033                 for (block = s_block + 1; block < e_block; block++) {
1034                         block->first_free = 0;
1035                         block->scan_hint = 0;
1036                         block->contig_hint_start = 0;
1037                         block->contig_hint = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1038                         block->left_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1039                         block->right_free = PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS;
1040                 }
1041         }
1042
1043         if (nr_empty_pages)
1044                 pcpu_update_empty_pages(chunk, nr_empty_pages);
1045
1046         /*
1047          * Refresh chunk metadata when the free makes a block free or spans
1048          * across blocks.  The contig_hint may be off by up to a page, but if
1049          * the contig_hint is contained in a block, it will be accurate with
1050          * the else condition below.
1051          */
1052         if (((end - start) >= PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS) || s_index != e_index)
1053                 pcpu_chunk_refresh_hint(chunk, true);
1054         else
1055                 pcpu_block_update(&chunk->chunk_md,
1056                                   pcpu_block_off_to_off(s_index, start),
1057                                   end);
1058 }
1059
1060 /**
1061  * pcpu_is_populated - determines if the region is populated
1062  * @chunk: chunk of interest
1063  * @bit_off: chunk offset
1064  * @bits: size of area
1065  * @next_off: return value for the next offset to start searching
1066  *
1067  * For atomic allocations, check if the backing pages are populated.
1068  *
1069  * RETURNS:
1070  * Bool if the backing pages are populated.
1071  * next_index is to skip over unpopulated blocks in pcpu_find_block_fit.
1072  */
1073 static bool pcpu_is_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int bit_off, int bits,
1074                               int *next_off)
1075 {
1076         unsigned int start, end;
1077
1078         start = PFN_DOWN(bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1079         end = PFN_UP((bit_off + bits) * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1080
1081         start = find_next_zero_bit(chunk->populated, end, start);
1082         if (start >= end)
1083                 return true;
1084
1085         end = find_next_bit(chunk->populated, end, start + 1);
1086
1087         *next_off = end * PAGE_SIZE / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1088         return false;
1089 }
1090
1091 /**
1092  * pcpu_find_block_fit - finds the block index to start searching
1093  * @chunk: chunk of interest
1094  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1095  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE bytes)
1096  * @pop_only: use populated regions only
1097  *
1098  * Given a chunk and an allocation spec, find the offset to begin searching
1099  * for a free region.  This iterates over the bitmap metadata blocks to
1100  * find an offset that will be guaranteed to fit the requirements.  It is
1101  * not quite first fit as if the allocation does not fit in the contig hint
1102  * of a block or chunk, it is skipped.  This errs on the side of caution
1103  * to prevent excess iteration.  Poor alignment can cause the allocator to
1104  * skip over blocks and chunks that have valid free areas.
1105  *
1106  * RETURNS:
1107  * The offset in the bitmap to begin searching.
1108  * -1 if no offset is found.
1109  */
1110 static int pcpu_find_block_fit(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1111                                size_t align, bool pop_only)
1112 {
1113         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1114         int bit_off, bits, next_off;
1115
1116         /*
1117          * This is an optimization to prevent scanning by assuming if the
1118          * allocation cannot fit in the global hint, there is memory pressure
1119          * and creating a new chunk would happen soon.
1120          */
1121         if (!pcpu_check_block_hint(chunk_md, alloc_bits, align))
1122                 return -1;
1123
1124         bit_off = pcpu_next_hint(chunk_md, alloc_bits);
1125         bits = 0;
1126         pcpu_for_each_fit_region(chunk, alloc_bits, align, bit_off, bits) {
1127                 if (!pop_only || pcpu_is_populated(chunk, bit_off, bits,
1128                                                    &next_off))
1129                         break;
1130
1131                 bit_off = next_off;
1132                 bits = 0;
1133         }
1134
1135         if (bit_off == pcpu_chunk_map_bits(chunk))
1136                 return -1;
1137
1138         return bit_off;
1139 }
1140
1141 /*
1142  * pcpu_find_zero_area - modified from bitmap_find_next_zero_area_off()
1143  * @map: the address to base the search on
1144  * @size: the bitmap size in bits
1145  * @start: the bitnumber to start searching at
1146  * @nr: the number of zeroed bits we're looking for
1147  * @align_mask: alignment mask for zero area
1148  * @largest_off: offset of the largest area skipped
1149  * @largest_bits: size of the largest area skipped
1150  *
1151  * The @align_mask should be one less than a power of 2.
1152  *
1153  * This is a modified version of bitmap_find_next_zero_area_off() to remember
1154  * the largest area that was skipped.  This is imperfect, but in general is
1155  * good enough.  The largest remembered region is the largest failed region
1156  * seen.  This does not include anything we possibly skipped due to alignment.
1157  * pcpu_block_update_scan() does scan backwards to try and recover what was
1158  * lost to alignment.  While this can cause scanning to miss earlier possible
1159  * free areas, smaller allocations will eventually fill those holes.
1160  */
1161 static unsigned long pcpu_find_zero_area(unsigned long *map,
1162                                          unsigned long size,
1163                                          unsigned long start,
1164                                          unsigned long nr,
1165                                          unsigned long align_mask,
1166                                          unsigned long *largest_off,
1167                                          unsigned long *largest_bits)
1168 {
1169         unsigned long index, end, i, area_off, area_bits;
1170 again:
1171         index = find_next_zero_bit(map, size, start);
1172
1173         /* Align allocation */
1174         index = __ALIGN_MASK(index, align_mask);
1175         area_off = index;
1176
1177         end = index + nr;
1178         if (end > size)
1179                 return end;
1180         i = find_next_bit(map, end, index);
1181         if (i < end) {
1182                 area_bits = i - area_off;
1183                 /* remember largest unused area with best alignment */
1184                 if (area_bits > *largest_bits ||
1185                     (area_bits == *largest_bits && *largest_off &&
1186                      (!area_off || __ffs(area_off) > __ffs(*largest_off)))) {
1187                         *largest_off = area_off;
1188                         *largest_bits = area_bits;
1189                 }
1190
1191                 start = i + 1;
1192                 goto again;
1193         }
1194         return index;
1195 }
1196
1197 /**
1198  * pcpu_alloc_area - allocates an area from a pcpu_chunk
1199  * @chunk: chunk of interest
1200  * @alloc_bits: size of request in allocation units
1201  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1202  * @start: bit_off to start searching
1203  *
1204  * This function takes in a @start offset to begin searching to fit an
1205  * allocation of @alloc_bits with alignment @align.  It needs to scan
1206  * the allocation map because if it fits within the block's contig hint,
1207  * @start will be block->first_free. This is an attempt to fill the
1208  * allocation prior to breaking the contig hint.  The allocation and
1209  * boundary maps are updated accordingly if it confirms a valid
1210  * free area.
1211  *
1212  * RETURNS:
1213  * Allocated addr offset in @chunk on success.
1214  * -1 if no matching area is found.
1215  */
1216 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int alloc_bits,
1217                            size_t align, int start)
1218 {
1219         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1220         size_t align_mask = (align) ? (align - 1) : 0;
1221         unsigned long area_off = 0, area_bits = 0;
1222         int bit_off, end, oslot;
1223
1224         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1225
1226         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1227
1228         /*
1229          * Search to find a fit.
1230          */
1231         end = min_t(int, start + alloc_bits + PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS,
1232                     pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1233         bit_off = pcpu_find_zero_area(chunk->alloc_map, end, start, alloc_bits,
1234                                       align_mask, &area_off, &area_bits);
1235         if (bit_off >= end)
1236                 return -1;
1237
1238         if (area_bits)
1239                 pcpu_block_update_scan(chunk, area_off, area_bits);
1240
1241         /* update alloc map */
1242         bitmap_set(chunk->alloc_map, bit_off, alloc_bits);
1243
1244         /* update boundary map */
1245         set_bit(bit_off, chunk->bound_map);
1246         bitmap_clear(chunk->bound_map, bit_off + 1, alloc_bits - 1);
1247         set_bit(bit_off + alloc_bits, chunk->bound_map);
1248
1249         chunk->free_bytes -= alloc_bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1250
1251         /* update first free bit */
1252         if (bit_off == chunk_md->first_free)
1253                 chunk_md->first_free = find_next_zero_bit(
1254                                         chunk->alloc_map,
1255                                         pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1256                                         bit_off + alloc_bits);
1257
1258         pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, bit_off, alloc_bits);
1259
1260         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1261
1262         return bit_off * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1263 }
1264
1265 /**
1266  * pcpu_free_area - frees the corresponding offset
1267  * @chunk: chunk of interest
1268  * @off: addr offset into chunk
1269  *
1270  * This function determines the size of an allocation to free using
1271  * the boundary bitmap and clears the allocation map.
1272  *
1273  * RETURNS:
1274  * Number of freed bytes.
1275  */
1276 static int pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int off)
1277 {
1278         struct pcpu_block_md *chunk_md = &chunk->chunk_md;
1279         int bit_off, bits, end, oslot, freed;
1280
1281         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1282         pcpu_stats_area_dealloc(chunk);
1283
1284         oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
1285
1286         bit_off = off / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1287
1288         /* find end index */
1289         end = find_next_bit(chunk->bound_map, pcpu_chunk_map_bits(chunk),
1290                             bit_off + 1);
1291         bits = end - bit_off;
1292         bitmap_clear(chunk->alloc_map, bit_off, bits);
1293
1294         freed = bits * PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1295
1296         /* update metadata */
1297         chunk->free_bytes += freed;
1298
1299         /* update first free bit */
1300         chunk_md->first_free = min(chunk_md->first_free, bit_off);
1301
1302         pcpu_block_update_hint_free(chunk, bit_off, bits);
1303
1304         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
1305
1306         return freed;
1307 }
1308
1309 static void pcpu_init_md_block(struct pcpu_block_md *block, int nr_bits)
1310 {
1311         block->scan_hint = 0;
1312         block->contig_hint = nr_bits;
1313         block->left_free = nr_bits;
1314         block->right_free = nr_bits;
1315         block->first_free = 0;
1316         block->nr_bits = nr_bits;
1317 }
1318
1319 static void pcpu_init_md_blocks(struct pcpu_chunk *chunk)
1320 {
1321         struct pcpu_block_md *md_block;
1322
1323         /* init the chunk's block */
1324         pcpu_init_md_block(&chunk->chunk_md, pcpu_chunk_map_bits(chunk));
1325
1326         for (md_block = chunk->md_blocks;
1327              md_block != chunk->md_blocks + pcpu_chunk_nr_blocks(chunk);
1328              md_block++)
1329                 pcpu_init_md_block(md_block, PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS);
1330 }
1331
1332 /**
1333  * pcpu_alloc_first_chunk - creates chunks that serve the first chunk
1334  * @tmp_addr: the start of the region served
1335  * @map_size: size of the region served
1336  *
1337  * This is responsible for creating the chunks that serve the first chunk.  The
1338  * base_addr is page aligned down of @tmp_addr while the region end is page
1339  * aligned up.  Offsets are kept track of to determine the region served. All
1340  * this is done to appease the bitmap allocator in avoiding partial blocks.
1341  *
1342  * RETURNS:
1343  * Chunk serving the region at @tmp_addr of @map_size.
1344  */
1345 static struct pcpu_chunk * __init pcpu_alloc_first_chunk(unsigned long tmp_addr,
1346                                                          int map_size)
1347 {
1348         struct pcpu_chunk *chunk;
1349         unsigned long aligned_addr;
1350         int start_offset, offset_bits, region_size, region_bits;
1351         size_t alloc_size;
1352
1353         /* region calculations */
1354         aligned_addr = tmp_addr & PAGE_MASK;
1355
1356         start_offset = tmp_addr - aligned_addr;
1357         region_size = ALIGN(start_offset + map_size, PAGE_SIZE);
1358
1359         /* allocate chunk */
1360         alloc_size = struct_size(chunk, populated,
1361                                  BITS_TO_LONGS(region_size >> PAGE_SHIFT));
1362         chunk = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1363         if (!chunk)
1364                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1365                       alloc_size);
1366
1367         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1368
1369         chunk->base_addr = (void *)aligned_addr;
1370         chunk->start_offset = start_offset;
1371         chunk->end_offset = region_size - chunk->start_offset - map_size;
1372
1373         chunk->nr_pages = region_size >> PAGE_SHIFT;
1374         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1375
1376         alloc_size = BITS_TO_LONGS(region_bits) * sizeof(chunk->alloc_map[0]);
1377         chunk->alloc_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1378         if (!chunk->alloc_map)
1379                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1380                       alloc_size);
1381
1382         alloc_size =
1383                 BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) * sizeof(chunk->bound_map[0]);
1384         chunk->bound_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1385         if (!chunk->bound_map)
1386                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1387                       alloc_size);
1388
1389         alloc_size = pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) * sizeof(chunk->md_blocks[0]);
1390         chunk->md_blocks = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
1391         if (!chunk->md_blocks)
1392                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
1393                       alloc_size);
1394
1395 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1396         /* first chunk is free to use */
1397         chunk->obj_cgroups = NULL;
1398 #endif
1399         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1400
1401         /* manage populated page bitmap */
1402         chunk->immutable = true;
1403         bitmap_fill(chunk->populated, chunk->nr_pages);
1404         chunk->nr_populated = chunk->nr_pages;
1405         chunk->nr_empty_pop_pages = chunk->nr_pages;
1406
1407         chunk->free_bytes = map_size;
1408
1409         if (chunk->start_offset) {
1410                 /* hide the beginning of the bitmap */
1411                 offset_bits = chunk->start_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1412                 bitmap_set(chunk->alloc_map, 0, offset_bits);
1413                 set_bit(0, chunk->bound_map);
1414                 set_bit(offset_bits, chunk->bound_map);
1415
1416                 chunk->chunk_md.first_free = offset_bits;
1417
1418                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, 0, offset_bits);
1419         }
1420
1421         if (chunk->end_offset) {
1422                 /* hide the end of the bitmap */
1423                 offset_bits = chunk->end_offset / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1424                 bitmap_set(chunk->alloc_map,
1425                            pcpu_chunk_map_bits(chunk) - offset_bits,
1426                            offset_bits);
1427                 set_bit((start_offset + map_size) / PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1428                         chunk->bound_map);
1429                 set_bit(region_bits, chunk->bound_map);
1430
1431                 pcpu_block_update_hint_alloc(chunk, pcpu_chunk_map_bits(chunk)
1432                                              - offset_bits, offset_bits);
1433         }
1434
1435         return chunk;
1436 }
1437
1438 static struct pcpu_chunk *pcpu_alloc_chunk(gfp_t gfp)
1439 {
1440         struct pcpu_chunk *chunk;
1441         int region_bits;
1442
1443         chunk = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_struct_size, gfp);
1444         if (!chunk)
1445                 return NULL;
1446
1447         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
1448         chunk->nr_pages = pcpu_unit_pages;
1449         region_bits = pcpu_chunk_map_bits(chunk);
1450
1451         chunk->alloc_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits) *
1452                                            sizeof(chunk->alloc_map[0]), gfp);
1453         if (!chunk->alloc_map)
1454                 goto alloc_map_fail;
1455
1456         chunk->bound_map = pcpu_mem_zalloc(BITS_TO_LONGS(region_bits + 1) *
1457                                            sizeof(chunk->bound_map[0]), gfp);
1458         if (!chunk->bound_map)
1459                 goto bound_map_fail;
1460
1461         chunk->md_blocks = pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_nr_blocks(chunk) *
1462                                            sizeof(chunk->md_blocks[0]), gfp);
1463         if (!chunk->md_blocks)
1464                 goto md_blocks_fail;
1465
1466 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1467         if (!mem_cgroup_kmem_disabled()) {
1468                 chunk->obj_cgroups =
1469                         pcpu_mem_zalloc(pcpu_chunk_map_bits(chunk) *
1470                                         sizeof(struct obj_cgroup *), gfp);
1471                 if (!chunk->obj_cgroups)
1472                         goto objcg_fail;
1473         }
1474 #endif
1475
1476         pcpu_init_md_blocks(chunk);
1477
1478         /* init metadata */
1479         chunk->free_bytes = chunk->nr_pages * PAGE_SIZE;
1480
1481         return chunk;
1482
1483 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1484 objcg_fail:
1485         pcpu_mem_free(chunk->md_blocks);
1486 #endif
1487 md_blocks_fail:
1488         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1489 bound_map_fail:
1490         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1491 alloc_map_fail:
1492         pcpu_mem_free(chunk);
1493
1494         return NULL;
1495 }
1496
1497 static void pcpu_free_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
1498 {
1499         if (!chunk)
1500                 return;
1501 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1502         pcpu_mem_free(chunk->obj_cgroups);
1503 #endif
1504         pcpu_mem_free(chunk->md_blocks);
1505         pcpu_mem_free(chunk->bound_map);
1506         pcpu_mem_free(chunk->alloc_map);
1507         pcpu_mem_free(chunk);
1508 }
1509
1510 /**
1511  * pcpu_chunk_populated - post-population bookkeeping
1512  * @chunk: pcpu_chunk which got populated
1513  * @page_start: the start page
1514  * @page_end: the end page
1515  *
1516  * Pages in [@page_start,@page_end) have been populated to @chunk.  Update
1517  * the bookkeeping information accordingly.  Must be called after each
1518  * successful population.
1519  */
1520 static void pcpu_chunk_populated(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start,
1521                                  int page_end)
1522 {
1523         int nr = page_end - page_start;
1524
1525         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1526
1527         bitmap_set(chunk->populated, page_start, nr);
1528         chunk->nr_populated += nr;
1529         pcpu_nr_populated += nr;
1530
1531         pcpu_update_empty_pages(chunk, nr);
1532 }
1533
1534 /**
1535  * pcpu_chunk_depopulated - post-depopulation bookkeeping
1536  * @chunk: pcpu_chunk which got depopulated
1537  * @page_start: the start page
1538  * @page_end: the end page
1539  *
1540  * Pages in [@page_start,@page_end) have been depopulated from @chunk.
1541  * Update the bookkeeping information accordingly.  Must be called after
1542  * each successful depopulation.
1543  */
1544 static void pcpu_chunk_depopulated(struct pcpu_chunk *chunk,
1545                                    int page_start, int page_end)
1546 {
1547         int nr = page_end - page_start;
1548
1549         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1550
1551         bitmap_clear(chunk->populated, page_start, nr);
1552         chunk->nr_populated -= nr;
1553         pcpu_nr_populated -= nr;
1554
1555         pcpu_update_empty_pages(chunk, -nr);
1556 }
1557
1558 /*
1559  * Chunk management implementation.
1560  *
1561  * To allow different implementations, chunk alloc/free and
1562  * [de]population are implemented in a separate file which is pulled
1563  * into this file and compiled together.  The following functions
1564  * should be implemented.
1565  *
1566  * pcpu_populate_chunk          - populate the specified range of a chunk
1567  * pcpu_depopulate_chunk        - depopulate the specified range of a chunk
1568  * pcpu_post_unmap_tlb_flush    - flush tlb for the specified range of a chunk
1569  * pcpu_create_chunk            - create a new chunk
1570  * pcpu_destroy_chunk           - destroy a chunk, always preceded by full depop
1571  * pcpu_addr_to_page            - translate address to physical address
1572  * pcpu_verify_alloc_info       - check alloc_info is acceptable during init
1573  */
1574 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1575                                int page_start, int page_end, gfp_t gfp);
1576 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk,
1577                                   int page_start, int page_end);
1578 static void pcpu_post_unmap_tlb_flush(struct pcpu_chunk *chunk,
1579                                       int page_start, int page_end);
1580 static struct pcpu_chunk *pcpu_create_chunk(gfp_t gfp);
1581 static void pcpu_destroy_chunk(struct pcpu_chunk *chunk);
1582 static struct page *pcpu_addr_to_page(void *addr);
1583 static int __init pcpu_verify_alloc_info(const struct pcpu_alloc_info *ai);
1584
1585 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_KM
1586 #include "percpu-km.c"
1587 #else
1588 #include "percpu-vm.c"
1589 #endif
1590
1591 /**
1592  * pcpu_chunk_addr_search - determine chunk containing specified address
1593  * @addr: address for which the chunk needs to be determined.
1594  *
1595  * This is an internal function that handles all but static allocations.
1596  * Static percpu address values should never be passed into the allocator.
1597  *
1598  * RETURNS:
1599  * The address of the found chunk.
1600  */
1601 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
1602 {
1603         /* is it in the dynamic region (first chunk)? */
1604         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_first_chunk, addr))
1605                 return pcpu_first_chunk;
1606
1607         /* is it in the reserved region? */
1608         if (pcpu_addr_in_chunk(pcpu_reserved_chunk, addr))
1609                 return pcpu_reserved_chunk;
1610
1611         /*
1612          * The address is relative to unit0 which might be unused and
1613          * thus unmapped.  Offset the address to the unit space of the
1614          * current processor before looking it up in the vmalloc
1615          * space.  Note that any possible cpu id can be used here, so
1616          * there's no need to worry about preemption or cpu hotplug.
1617          */
1618         addr += pcpu_unit_offsets[raw_smp_processor_id()];
1619         return pcpu_get_page_chunk(pcpu_addr_to_page(addr));
1620 }
1621
1622 #ifdef CONFIG_MEMCG_KMEM
1623 static bool pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size_t size, gfp_t gfp,
1624                                       struct obj_cgroup **objcgp)
1625 {
1626         struct obj_cgroup *objcg;
1627
1628         if (!memcg_kmem_online() || !(gfp & __GFP_ACCOUNT))
1629                 return true;
1630
1631         objcg = get_obj_cgroup_from_current();
1632         if (!objcg)
1633                 return true;
1634
1635         if (obj_cgroup_charge(objcg, gfp, pcpu_obj_full_size(size))) {
1636                 obj_cgroup_put(objcg);
1637                 return false;
1638         }
1639
1640         *objcgp = objcg;
1641         return true;
1642 }
1643
1644 static void pcpu_memcg_post_alloc_hook(struct obj_cgroup *objcg,
1645                                        struct pcpu_chunk *chunk, int off,
1646                                        size_t size)
1647 {
1648         if (!objcg)
1649                 return;
1650
1651         if (likely(chunk && chunk->obj_cgroups)) {
1652                 chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT] = objcg;
1653
1654                 rcu_read_lock();
1655                 mod_memcg_state(obj_cgroup_memcg(objcg), MEMCG_PERCPU_B,
1656                                 pcpu_obj_full_size(size));
1657                 rcu_read_unlock();
1658         } else {
1659                 obj_cgroup_uncharge(objcg, pcpu_obj_full_size(size));
1660                 obj_cgroup_put(objcg);
1661         }
1662 }
1663
1664 static void pcpu_memcg_free_hook(struct pcpu_chunk *chunk, int off, size_t size)
1665 {
1666         struct obj_cgroup *objcg;
1667
1668         if (unlikely(!chunk->obj_cgroups))
1669                 return;
1670
1671         objcg = chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT];
1672         if (!objcg)
1673                 return;
1674         chunk->obj_cgroups[off >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT] = NULL;
1675
1676         obj_cgroup_uncharge(objcg, pcpu_obj_full_size(size));
1677
1678         rcu_read_lock();
1679         mod_memcg_state(obj_cgroup_memcg(objcg), MEMCG_PERCPU_B,
1680                         -pcpu_obj_full_size(size));
1681         rcu_read_unlock();
1682
1683         obj_cgroup_put(objcg);
1684 }
1685
1686 #else /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
1687 static bool
1688 pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size_t size, gfp_t gfp, struct obj_cgroup **objcgp)
1689 {
1690         return true;
1691 }
1692
1693 static void pcpu_memcg_post_alloc_hook(struct obj_cgroup *objcg,
1694                                        struct pcpu_chunk *chunk, int off,
1695                                        size_t size)
1696 {
1697 }
1698
1699 static void pcpu_memcg_free_hook(struct pcpu_chunk *chunk, int off, size_t size)
1700 {
1701 }
1702 #endif /* CONFIG_MEMCG_KMEM */
1703
1704 /**
1705  * pcpu_alloc - the percpu allocator
1706  * @size: size of area to allocate in bytes
1707  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1708  * @reserved: allocate from the reserved chunk if available
1709  * @gfp: allocation flags
1710  *
1711  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  If @gfp doesn't
1712  * contain %GFP_KERNEL, the allocation is atomic. If @gfp has __GFP_NOWARN
1713  * then no warning will be triggered on invalid or failed allocation
1714  * requests.
1715  *
1716  * RETURNS:
1717  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1718  */
1719 static void __percpu *pcpu_alloc(size_t size, size_t align, bool reserved,
1720                                  gfp_t gfp)
1721 {
1722         gfp_t pcpu_gfp;
1723         bool is_atomic;
1724         bool do_warn;
1725         struct obj_cgroup *objcg = NULL;
1726         static int warn_limit = 10;
1727         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1728         const char *err;
1729         int slot, off, cpu, ret;
1730         unsigned long flags;
1731         void __percpu *ptr;
1732         size_t bits, bit_align;
1733
1734         gfp = current_gfp_context(gfp);
1735         /* whitelisted flags that can be passed to the backing allocators */
1736         pcpu_gfp = gfp & (GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN);
1737         is_atomic = (gfp & GFP_KERNEL) != GFP_KERNEL;
1738         do_warn = !(gfp & __GFP_NOWARN);
1739
1740         /*
1741          * There is now a minimum allocation size of PCPU_MIN_ALLOC_SIZE,
1742          * therefore alignment must be a minimum of that many bytes.
1743          * An allocation may have internal fragmentation from rounding up
1744          * of up to PCPU_MIN_ALLOC_SIZE - 1 bytes.
1745          */
1746         if (unlikely(align < PCPU_MIN_ALLOC_SIZE))
1747                 align = PCPU_MIN_ALLOC_SIZE;
1748
1749         size = ALIGN(size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
1750         bits = size >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1751         bit_align = align >> PCPU_MIN_ALLOC_SHIFT;
1752
1753         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE ||
1754                      !is_power_of_2(align))) {
1755                 WARN(do_warn, "illegal size (%zu) or align (%zu) for percpu allocation\n",
1756                      size, align);
1757                 return NULL;
1758         }
1759
1760         if (unlikely(!pcpu_memcg_pre_alloc_hook(size, gfp, &objcg)))
1761                 return NULL;
1762
1763         if (!is_atomic) {
1764                 /*
1765                  * pcpu_balance_workfn() allocates memory under this mutex,
1766                  * and it may wait for memory reclaim. Allow current task
1767                  * to become OOM victim, in case of memory pressure.
1768                  */
1769                 if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
1770                         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
1771                 } else if (mutex_lock_killable(&pcpu_alloc_mutex)) {
1772                         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, NULL, 0, size);
1773                         return NULL;
1774                 }
1775         }
1776
1777         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1778
1779         /* serve reserved allocations from the reserved chunk if available */
1780         if (reserved && pcpu_reserved_chunk) {
1781                 chunk = pcpu_reserved_chunk;
1782
1783                 off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align, is_atomic);
1784                 if (off < 0) {
1785                         err = "alloc from reserved chunk failed";
1786                         goto fail_unlock;
1787                 }
1788
1789                 off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1790                 if (off >= 0)
1791                         goto area_found;
1792
1793                 err = "alloc from reserved chunk failed";
1794                 goto fail_unlock;
1795         }
1796
1797 restart:
1798         /* search through normal chunks */
1799         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot <= pcpu_free_slot; slot++) {
1800                 list_for_each_entry_safe(chunk, next, &pcpu_chunk_lists[slot],
1801                                          list) {
1802                         off = pcpu_find_block_fit(chunk, bits, bit_align,
1803                                                   is_atomic);
1804                         if (off < 0) {
1805                                 if (slot < PCPU_SLOT_FAIL_THRESHOLD)
1806                                         pcpu_chunk_move(chunk, 0);
1807                                 continue;
1808                         }
1809
1810                         off = pcpu_alloc_area(chunk, bits, bit_align, off);
1811                         if (off >= 0) {
1812                                 pcpu_reintegrate_chunk(chunk);
1813                                 goto area_found;
1814                         }
1815                 }
1816         }
1817
1818         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1819
1820         if (is_atomic) {
1821                 err = "atomic alloc failed, no space left";
1822                 goto fail;
1823         }
1824
1825         /* No space left.  Create a new chunk. */
1826         if (list_empty(&pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot])) {
1827                 chunk = pcpu_create_chunk(pcpu_gfp);
1828                 if (!chunk) {
1829                         err = "failed to allocate new chunk";
1830                         goto fail;
1831                 }
1832
1833                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1834                 pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
1835         } else {
1836                 spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1837         }
1838
1839         goto restart;
1840
1841 area_found:
1842         pcpu_stats_area_alloc(chunk, size);
1843         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1844
1845         /* populate if not all pages are already there */
1846         if (!is_atomic) {
1847                 unsigned int page_end, rs, re;
1848
1849                 rs = PFN_DOWN(off);
1850                 page_end = PFN_UP(off + size);
1851
1852                 for_each_clear_bitrange_from(rs, re, chunk->populated, page_end) {
1853                         WARN_ON(chunk->immutable);
1854
1855                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, re, pcpu_gfp);
1856
1857                         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
1858                         if (ret) {
1859                                 pcpu_free_area(chunk, off);
1860                                 err = "failed to populate";
1861                                 goto fail_unlock;
1862                         }
1863                         pcpu_chunk_populated(chunk, rs, re);
1864                         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1865                 }
1866
1867                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1868         }
1869
1870         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_LOW)
1871                 pcpu_schedule_balance_work();
1872
1873         /* clear the areas and return address relative to base address */
1874         for_each_possible_cpu(cpu)
1875                 memset((void *)pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, 0) + off, 0, size);
1876
1877         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->base_addr + off);
1878         kmemleak_alloc_percpu(ptr, size, gfp);
1879
1880         trace_percpu_alloc_percpu(_RET_IP_, reserved, is_atomic, size, align,
1881                                   chunk->base_addr, off, ptr,
1882                                   pcpu_obj_full_size(size), gfp);
1883
1884         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, chunk, off, size);
1885
1886         return ptr;
1887
1888 fail_unlock:
1889         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
1890 fail:
1891         trace_percpu_alloc_percpu_fail(reserved, is_atomic, size, align);
1892
1893         if (!is_atomic && do_warn && warn_limit) {
1894                 pr_warn("allocation failed, size=%zu align=%zu atomic=%d, %s\n",
1895                         size, align, is_atomic, err);
1896                 dump_stack();
1897                 if (!--warn_limit)
1898                         pr_info("limit reached, disable warning\n");
1899         }
1900         if (is_atomic) {
1901                 /* see the flag handling in pcpu_balance_workfn() */
1902                 pcpu_atomic_alloc_failed = true;
1903                 pcpu_schedule_balance_work();
1904         } else {
1905                 mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
1906         }
1907
1908         pcpu_memcg_post_alloc_hook(objcg, NULL, 0, size);
1909
1910         return NULL;
1911 }
1912
1913 /**
1914  * __alloc_percpu_gfp - allocate dynamic percpu area
1915  * @size: size of area to allocate in bytes
1916  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1917  * @gfp: allocation flags
1918  *
1919  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align.  If
1920  * @gfp doesn't contain %GFP_KERNEL, the allocation doesn't block and can
1921  * be called from any context but is a lot more likely to fail. If @gfp
1922  * has __GFP_NOWARN then no warning will be triggered on invalid or failed
1923  * allocation requests.
1924  *
1925  * RETURNS:
1926  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1927  */
1928 void __percpu *__alloc_percpu_gfp(size_t size, size_t align, gfp_t gfp)
1929 {
1930         return pcpu_alloc(size, align, false, gfp);
1931 }
1932 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu_gfp);
1933
1934 /**
1935  * __alloc_percpu - allocate dynamic percpu area
1936  * @size: size of area to allocate in bytes
1937  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1938  *
1939  * Equivalent to __alloc_percpu_gfp(size, align, %GFP_KERNEL).
1940  */
1941 void __percpu *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
1942 {
1943         return pcpu_alloc(size, align, false, GFP_KERNEL);
1944 }
1945 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
1946
1947 /**
1948  * __alloc_reserved_percpu - allocate reserved percpu area
1949  * @size: size of area to allocate in bytes
1950  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
1951  *
1952  * Allocate zero-filled percpu area of @size bytes aligned at @align
1953  * from reserved percpu area if arch has set it up; otherwise,
1954  * allocation is served from the same dynamic area.  Might sleep.
1955  * Might trigger writeouts.
1956  *
1957  * CONTEXT:
1958  * Does GFP_KERNEL allocation.
1959  *
1960  * RETURNS:
1961  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
1962  */
1963 void __percpu *__alloc_reserved_percpu(size_t size, size_t align)
1964 {
1965         return pcpu_alloc(size, align, true, GFP_KERNEL);
1966 }
1967
1968 /**
1969  * pcpu_balance_free - manage the amount of free chunks
1970  * @empty_only: free chunks only if there are no populated pages
1971  *
1972  * If empty_only is %false, reclaim all fully free chunks regardless of the
1973  * number of populated pages.  Otherwise, only reclaim chunks that have no
1974  * populated pages.
1975  *
1976  * CONTEXT:
1977  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
1978  */
1979 static void pcpu_balance_free(bool empty_only)
1980 {
1981         LIST_HEAD(to_free);
1982         struct list_head *free_head = &pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot];
1983         struct pcpu_chunk *chunk, *next;
1984
1985         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
1986
1987         /*
1988          * There's no reason to keep around multiple unused chunks and VM
1989          * areas can be scarce.  Destroy all free chunks except for one.
1990          */
1991         list_for_each_entry_safe(chunk, next, free_head, list) {
1992                 WARN_ON(chunk->immutable);
1993
1994                 /* spare the first one */
1995                 if (chunk == list_first_entry(free_head, struct pcpu_chunk, list))
1996                         continue;
1997
1998                 if (!empty_only || chunk->nr_empty_pop_pages == 0)
1999                         list_move(&chunk->list, &to_free);
2000         }
2001
2002         if (list_empty(&to_free))
2003                 return;
2004
2005         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2006         list_for_each_entry_safe(chunk, next, &to_free, list) {
2007                 unsigned int rs, re;
2008
2009                 for_each_set_bitrange(rs, re, chunk->populated, chunk->nr_pages) {
2010                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, rs, re);
2011                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2012                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, rs, re);
2013                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2014                 }
2015                 pcpu_destroy_chunk(chunk);
2016                 cond_resched();
2017         }
2018         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2019 }
2020
2021 /**
2022  * pcpu_balance_populated - manage the amount of populated pages
2023  *
2024  * Maintain a certain amount of populated pages to satisfy atomic allocations.
2025  * It is possible that this is called when physical memory is scarce causing
2026  * OOM killer to be triggered.  We should avoid doing so until an actual
2027  * allocation causes the failure as it is possible that requests can be
2028  * serviced from already backed regions.
2029  *
2030  * CONTEXT:
2031  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
2032  */
2033 static void pcpu_balance_populated(void)
2034 {
2035         /* gfp flags passed to underlying allocators */
2036         const gfp_t gfp = GFP_KERNEL | __GFP_NORETRY | __GFP_NOWARN;
2037         struct pcpu_chunk *chunk;
2038         int slot, nr_to_pop, ret;
2039
2040         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
2041
2042         /*
2043          * Ensure there are certain number of free populated pages for
2044          * atomic allocs.  Fill up from the most packed so that atomic
2045          * allocs don't increase fragmentation.  If atomic allocation
2046          * failed previously, always populate the maximum amount.  This
2047          * should prevent atomic allocs larger than PAGE_SIZE from keeping
2048          * failing indefinitely; however, large atomic allocs are not
2049          * something we support properly and can be highly unreliable and
2050          * inefficient.
2051          */
2052 retry_pop:
2053         if (pcpu_atomic_alloc_failed) {
2054                 nr_to_pop = PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH;
2055                 /* best effort anyway, don't worry about synchronization */
2056                 pcpu_atomic_alloc_failed = false;
2057         } else {
2058                 nr_to_pop = clamp(PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH -
2059                                   pcpu_nr_empty_pop_pages,
2060                                   0, PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH);
2061         }
2062
2063         for (slot = pcpu_size_to_slot(PAGE_SIZE); slot <= pcpu_free_slot; slot++) {
2064                 unsigned int nr_unpop = 0, rs, re;
2065
2066                 if (!nr_to_pop)
2067                         break;
2068
2069                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_chunk_lists[slot], list) {
2070                         nr_unpop = chunk->nr_pages - chunk->nr_populated;
2071                         if (nr_unpop)
2072                                 break;
2073                 }
2074
2075                 if (!nr_unpop)
2076                         continue;
2077
2078                 /* @chunk can't go away while pcpu_alloc_mutex is held */
2079                 for_each_clear_bitrange(rs, re, chunk->populated, chunk->nr_pages) {
2080                         int nr = min_t(int, re - rs, nr_to_pop);
2081
2082                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2083                         ret = pcpu_populate_chunk(chunk, rs, rs + nr, gfp);
2084                         cond_resched();
2085                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2086                         if (!ret) {
2087                                 nr_to_pop -= nr;
2088                                 pcpu_chunk_populated(chunk, rs, rs + nr);
2089                         } else {
2090                                 nr_to_pop = 0;
2091                         }
2092
2093                         if (!nr_to_pop)
2094                                 break;
2095                 }
2096         }
2097
2098         if (nr_to_pop) {
2099                 /* ran out of chunks to populate, create a new one and retry */
2100                 spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2101                 chunk = pcpu_create_chunk(gfp);
2102                 cond_resched();
2103                 spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2104                 if (chunk) {
2105                         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
2106                         goto retry_pop;
2107                 }
2108         }
2109 }
2110
2111 /**
2112  * pcpu_reclaim_populated - scan over to_depopulate chunks and free empty pages
2113  *
2114  * Scan over chunks in the depopulate list and try to release unused populated
2115  * pages back to the system.  Depopulated chunks are sidelined to prevent
2116  * repopulating these pages unless required.  Fully free chunks are reintegrated
2117  * and freed accordingly (1 is kept around).  If we drop below the empty
2118  * populated pages threshold, reintegrate the chunk if it has empty free pages.
2119  * Each chunk is scanned in the reverse order to keep populated pages close to
2120  * the beginning of the chunk.
2121  *
2122  * CONTEXT:
2123  * pcpu_lock (can be dropped temporarily)
2124  *
2125  */
2126 static void pcpu_reclaim_populated(void)
2127 {
2128         struct pcpu_chunk *chunk;
2129         struct pcpu_block_md *block;
2130         int freed_page_start, freed_page_end;
2131         int i, end;
2132         bool reintegrate;
2133
2134         lockdep_assert_held(&pcpu_lock);
2135
2136         /*
2137          * Once a chunk is isolated to the to_depopulate list, the chunk is no
2138          * longer discoverable to allocations whom may populate pages.  The only
2139          * other accessor is the free path which only returns area back to the
2140          * allocator not touching the populated bitmap.
2141          */
2142         while ((chunk = list_first_entry_or_null(
2143                         &pcpu_chunk_lists[pcpu_to_depopulate_slot],
2144                         struct pcpu_chunk, list))) {
2145                 WARN_ON(chunk->immutable);
2146
2147                 /*
2148                  * Scan chunk's pages in the reverse order to keep populated
2149                  * pages close to the beginning of the chunk.
2150                  */
2151                 freed_page_start = chunk->nr_pages;
2152                 freed_page_end = 0;
2153                 reintegrate = false;
2154                 for (i = chunk->nr_pages - 1, end = -1; i >= 0; i--) {
2155                         /* no more work to do */
2156                         if (chunk->nr_empty_pop_pages == 0)
2157                                 break;
2158
2159                         /* reintegrate chunk to prevent atomic alloc failures */
2160                         if (pcpu_nr_empty_pop_pages < PCPU_EMPTY_POP_PAGES_HIGH) {
2161                                 reintegrate = true;
2162                                 break;
2163                         }
2164
2165                         /*
2166                          * If the page is empty and populated, start or
2167                          * extend the (i, end) range.  If i == 0, decrease
2168                          * i and perform the depopulation to cover the last
2169                          * (first) page in the chunk.
2170                          */
2171                         block = chunk->md_blocks + i;
2172                         if (block->contig_hint == PCPU_BITMAP_BLOCK_BITS &&
2173                             test_bit(i, chunk->populated)) {
2174                                 if (end == -1)
2175                                         end = i;
2176                                 if (i > 0)
2177                                         continue;
2178                                 i--;
2179                         }
2180
2181                         /* depopulate if there is an active range */
2182                         if (end == -1)
2183                                 continue;
2184
2185                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2186                         pcpu_depopulate_chunk(chunk, i + 1, end + 1);
2187                         cond_resched();
2188                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2189
2190                         pcpu_chunk_depopulated(chunk, i + 1, end + 1);
2191                         freed_page_start = min(freed_page_start, i + 1);
2192                         freed_page_end = max(freed_page_end, end + 1);
2193
2194                         /* reset the range and continue */
2195                         end = -1;
2196                 }
2197
2198                 /* batch tlb flush per chunk to amortize cost */
2199                 if (freed_page_start < freed_page_end) {
2200                         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2201                         pcpu_post_unmap_tlb_flush(chunk,
2202                                                   freed_page_start,
2203                                                   freed_page_end);
2204                         cond_resched();
2205                         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2206                 }
2207
2208                 if (reintegrate || chunk->free_bytes == pcpu_unit_size)
2209                         pcpu_reintegrate_chunk(chunk);
2210                 else
2211                         list_move_tail(&chunk->list,
2212                                        &pcpu_chunk_lists[pcpu_sidelined_slot]);
2213         }
2214 }
2215
2216 /**
2217  * pcpu_balance_workfn - manage the amount of free chunks and populated pages
2218  * @work: unused
2219  *
2220  * For each chunk type, manage the number of fully free chunks and the number of
2221  * populated pages.  An important thing to consider is when pages are freed and
2222  * how they contribute to the global counts.
2223  */
2224 static void pcpu_balance_workfn(struct work_struct *work)
2225 {
2226         /*
2227          * pcpu_balance_free() is called twice because the first time we may
2228          * trim pages in the active pcpu_nr_empty_pop_pages which may cause us
2229          * to grow other chunks.  This then gives pcpu_reclaim_populated() time
2230          * to move fully free chunks to the active list to be freed if
2231          * appropriate.
2232          */
2233         mutex_lock(&pcpu_alloc_mutex);
2234         spin_lock_irq(&pcpu_lock);
2235
2236         pcpu_balance_free(false);
2237         pcpu_reclaim_populated();
2238         pcpu_balance_populated();
2239         pcpu_balance_free(true);
2240
2241         spin_unlock_irq(&pcpu_lock);
2242         mutex_unlock(&pcpu_alloc_mutex);
2243 }
2244
2245 /**
2246  * free_percpu - free percpu area
2247  * @ptr: pointer to area to free
2248  *
2249  * Free percpu area @ptr.
2250  *
2251  * CONTEXT:
2252  * Can be called from atomic context.
2253  */
2254 void free_percpu(void __percpu *ptr)
2255 {
2256         void *addr;
2257         struct pcpu_chunk *chunk;
2258         unsigned long flags;
2259         int size, off;
2260         bool need_balance = false;
2261
2262         if (!ptr)
2263                 return;
2264
2265         kmemleak_free_percpu(ptr);
2266
2267         addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
2268
2269         spin_lock_irqsave(&pcpu_lock, flags);
2270
2271         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
2272         off = addr - chunk->base_addr;
2273
2274         size = pcpu_free_area(chunk, off);
2275
2276         pcpu_memcg_free_hook(chunk, off, size);
2277
2278         /*
2279          * If there are more than one fully free chunks, wake up grim reaper.
2280          * If the chunk is isolated, it may be in the process of being
2281          * reclaimed.  Let reclaim manage cleaning up of that chunk.
2282          */
2283         if (!chunk->isolated && chunk->free_bytes == pcpu_unit_size) {
2284                 struct pcpu_chunk *pos;
2285
2286                 list_for_each_entry(pos, &pcpu_chunk_lists[pcpu_free_slot], list)
2287                         if (pos != chunk) {
2288                                 need_balance = true;
2289                                 break;
2290                         }
2291         } else if (pcpu_should_reclaim_chunk(chunk)) {
2292                 pcpu_isolate_chunk(chunk);
2293                 need_balance = true;
2294         }
2295
2296         trace_percpu_free_percpu(chunk->base_addr, off, ptr);
2297
2298         spin_unlock_irqrestore(&pcpu_lock, flags);
2299
2300         if (need_balance)
2301                 pcpu_schedule_balance_work();
2302 }
2303 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
2304
2305 bool __is_kernel_percpu_address(unsigned long addr, unsigned long *can_addr)
2306 {
2307 #ifdef CONFIG_SMP
2308         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2309         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2310         unsigned int cpu;
2311
2312         for_each_possible_cpu(cpu) {
2313                 void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2314                 void *va = (void *)addr;
2315
2316                 if (va >= start && va < start + static_size) {
2317                         if (can_addr) {
2318                                 *can_addr = (unsigned long) (va - start);
2319                                 *can_addr += (unsigned long)
2320                                         per_cpu_ptr(base, get_boot_cpu_id());
2321                         }
2322                         return true;
2323                 }
2324         }
2325 #endif
2326         /* on UP, can't distinguish from other static vars, always false */
2327         return false;
2328 }
2329
2330 /**
2331  * is_kernel_percpu_address - test whether address is from static percpu area
2332  * @addr: address to test
2333  *
2334  * Test whether @addr belongs to in-kernel static percpu area.  Module
2335  * static percpu areas are not considered.  For those, use
2336  * is_module_percpu_address().
2337  *
2338  * RETURNS:
2339  * %true if @addr is from in-kernel static percpu area, %false otherwise.
2340  */
2341 bool is_kernel_percpu_address(unsigned long addr)
2342 {
2343         return __is_kernel_percpu_address(addr, NULL);
2344 }
2345
2346 /**
2347  * per_cpu_ptr_to_phys - convert translated percpu address to physical address
2348  * @addr: the address to be converted to physical address
2349  *
2350  * Given @addr which is dereferenceable address obtained via one of
2351  * percpu access macros, this function translates it into its physical
2352  * address.  The caller is responsible for ensuring @addr stays valid
2353  * until this function finishes.
2354  *
2355  * percpu allocator has special setup for the first chunk, which currently
2356  * supports either embedding in linear address space or vmalloc mapping,
2357  * and, from the second one, the backing allocator (currently either vm or
2358  * km) provides translation.
2359  *
2360  * The addr can be translated simply without checking if it falls into the
2361  * first chunk. But the current code reflects better how percpu allocator
2362  * actually works, and the verification can discover both bugs in percpu
2363  * allocator itself and per_cpu_ptr_to_phys() callers. So we keep current
2364  * code.
2365  *
2366  * RETURNS:
2367  * The physical address for @addr.
2368  */
2369 phys_addr_t per_cpu_ptr_to_phys(void *addr)
2370 {
2371         void __percpu *base = __addr_to_pcpu_ptr(pcpu_base_addr);
2372         bool in_first_chunk = false;
2373         unsigned long first_low, first_high;
2374         unsigned int cpu;
2375
2376         /*
2377          * The following test on unit_low/high isn't strictly
2378          * necessary but will speed up lookups of addresses which
2379          * aren't in the first chunk.
2380          *
2381          * The address check is against full chunk sizes.  pcpu_base_addr
2382          * points to the beginning of the first chunk including the
2383          * static region.  Assumes good intent as the first chunk may
2384          * not be full (ie. < pcpu_unit_pages in size).
2385          */
2386         first_low = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2387                     pcpu_unit_page_offset(pcpu_low_unit_cpu, 0);
2388         first_high = (unsigned long)pcpu_base_addr +
2389                      pcpu_unit_page_offset(pcpu_high_unit_cpu, pcpu_unit_pages);
2390         if ((unsigned long)addr >= first_low &&
2391             (unsigned long)addr < first_high) {
2392                 for_each_possible_cpu(cpu) {
2393                         void *start = per_cpu_ptr(base, cpu);
2394
2395                         if (addr >= start && addr < start + pcpu_unit_size) {
2396                                 in_first_chunk = true;
2397                                 break;
2398                         }
2399                 }
2400         }
2401
2402         if (in_first_chunk) {
2403                 if (!is_vmalloc_addr(addr))
2404                         return __pa(addr);
2405                 else
2406                         return page_to_phys(vmalloc_to_page(addr)) +
2407                                offset_in_page(addr);
2408         } else
2409                 return page_to_phys(pcpu_addr_to_page(addr)) +
2410                        offset_in_page(addr);
2411 }
2412
2413 /**
2414  * pcpu_alloc_alloc_info - allocate percpu allocation info
2415  * @nr_groups: the number of groups
2416  * @nr_units: the number of units
2417  *
2418  * Allocate ai which is large enough for @nr_groups groups containing
2419  * @nr_units units.  The returned ai's groups[0].cpu_map points to the
2420  * cpu_map array which is long enough for @nr_units and filled with
2421  * NR_CPUS.  It's the caller's responsibility to initialize cpu_map
2422  * pointer of other groups.
2423  *
2424  * RETURNS:
2425  * Pointer to the allocated pcpu_alloc_info on success, NULL on
2426  * failure.
2427  */
2428 struct pcpu_alloc_info * __init pcpu_alloc_alloc_info(int nr_groups,
2429                                                       int nr_units)
2430 {
2431         struct pcpu_alloc_info *ai;
2432         size_t base_size, ai_size;
2433         void *ptr;
2434         int unit;
2435
2436         base_size = ALIGN(struct_size(ai, groups, nr_groups),
2437                           __alignof__(ai->groups[0].cpu_map[0]));
2438         ai_size = base_size + nr_units * sizeof(ai->groups[0].cpu_map[0]);
2439
2440         ptr = memblock_alloc(PFN_ALIGN(ai_size), PAGE_SIZE);
2441         if (!ptr)
2442                 return NULL;
2443         ai = ptr;
2444         ptr += base_size;
2445
2446         ai->groups[0].cpu_map = ptr;
2447
2448         for (unit = 0; unit < nr_units; unit++)
2449                 ai->groups[0].cpu_map[unit] = NR_CPUS;
2450
2451         ai->nr_groups = nr_groups;
2452         ai->__ai_size = PFN_ALIGN(ai_size);
2453
2454         return ai;
2455 }
2456
2457 /**
2458  * pcpu_free_alloc_info - free percpu allocation info
2459  * @ai: pcpu_alloc_info to free
2460  *
2461  * Free @ai which was allocated by pcpu_alloc_alloc_info().
2462  */
2463 void __init pcpu_free_alloc_info(struct pcpu_alloc_info *ai)
2464 {
2465         memblock_free(ai, ai->__ai_size);
2466 }
2467
2468 /**
2469  * pcpu_dump_alloc_info - print out information about pcpu_alloc_info
2470  * @lvl: loglevel
2471  * @ai: allocation info to dump
2472  *
2473  * Print out information about @ai using loglevel @lvl.
2474  */
2475 static void pcpu_dump_alloc_info(const char *lvl,
2476                                  const struct pcpu_alloc_info *ai)
2477 {
2478         int group_width = 1, cpu_width = 1, width;
2479         char empty_str[] = "--------";
2480         int alloc = 0, alloc_end = 0;
2481         int group, v;
2482         int upa, apl;   /* units per alloc, allocs per line */
2483
2484         v = ai->nr_groups;
2485         while (v /= 10)
2486                 group_width++;
2487
2488         v = num_possible_cpus();
2489         while (v /= 10)
2490                 cpu_width++;
2491         empty_str[min_t(int, cpu_width, sizeof(empty_str) - 1)] = '\0';
2492
2493         upa = ai->alloc_size / ai->unit_size;
2494         width = upa * (cpu_width + 1) + group_width + 3;
2495         apl = rounddown_pow_of_two(max(60 / width, 1));
2496
2497         printk("%spcpu-alloc: s%zu r%zu d%zu u%zu alloc=%zu*%zu",
2498                lvl, ai->static_size, ai->reserved_size, ai->dyn_size,
2499                ai->unit_size, ai->alloc_size / ai->atom_size, ai->atom_size);
2500
2501         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
2502                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2503                 int unit = 0, unit_end = 0;
2504
2505                 BUG_ON(gi->nr_units % upa);
2506                 for (alloc_end += gi->nr_units / upa;
2507                      alloc < alloc_end; alloc++) {
2508                         if (!(alloc % apl)) {
2509                                 pr_cont("\n");
2510                                 printk("%spcpu-alloc: ", lvl);
2511                         }
2512                         pr_cont("[%0*d] ", group_width, group);
2513
2514                         for (unit_end += upa; unit < unit_end; unit++)
2515                                 if (gi->cpu_map[unit] != NR_CPUS)
2516                                         pr_cont("%0*d ",
2517                                                 cpu_width, gi->cpu_map[unit]);
2518                                 else
2519                                         pr_cont("%s ", empty_str);
2520                 }
2521         }
2522         pr_cont("\n");
2523 }
2524
2525 /**
2526  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
2527  * @ai: pcpu_alloc_info describing how to percpu area is shaped
2528  * @base_addr: mapped address
2529  *
2530  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
2531  * percpu area.  This function is to be called from arch percpu area
2532  * setup path.
2533  *
2534  * @ai contains all information necessary to initialize the first
2535  * chunk and prime the dynamic percpu allocator.
2536  *
2537  * @ai->static_size is the size of static percpu area.
2538  *
2539  * @ai->reserved_size, if non-zero, specifies the amount of bytes to
2540  * reserve after the static area in the first chunk.  This reserves
2541  * the first chunk such that it's available only through reserved
2542  * percpu allocation.  This is primarily used to serve module percpu
2543  * static areas on architectures where the addressing model has
2544  * limited offset range for symbol relocations to guarantee module
2545  * percpu symbols fall inside the relocatable range.
2546  *
2547  * @ai->dyn_size determines the number of bytes available for dynamic
2548  * allocation in the first chunk.  The area between @ai->static_size +
2549  * @ai->reserved_size + @ai->dyn_size and @ai->unit_size is unused.
2550  *
2551  * @ai->unit_size specifies unit size and must be aligned to PAGE_SIZE
2552  * and equal to or larger than @ai->static_size + @ai->reserved_size +
2553  * @ai->dyn_size.
2554  *
2555  * @ai->atom_size is the allocation atom size and used as alignment
2556  * for vm areas.
2557  *
2558  * @ai->alloc_size is the allocation size and always multiple of
2559  * @ai->atom_size.  This is larger than @ai->atom_size if
2560  * @ai->unit_size is larger than @ai->atom_size.
2561  *
2562  * @ai->nr_groups and @ai->groups describe virtual memory layout of
2563  * percpu areas.  Units which should be colocated are put into the
2564  * same group.  Dynamic VM areas will be allocated according to these
2565  * groupings.  If @ai->nr_groups is zero, a single group containing
2566  * all units is assumed.
2567  *
2568  * The caller should have mapped the first chunk at @base_addr and
2569  * copied static data to each unit.
2570  *
2571  * The first chunk will always contain a static and a dynamic region.
2572  * However, the static region is not managed by any chunk.  If the first
2573  * chunk also contains a reserved region, it is served by two chunks -
2574  * one for the reserved region and one for the dynamic region.  They
2575  * share the same vm, but use offset regions in the area allocation map.
2576  * The chunk serving the dynamic region is circulated in the chunk slots
2577  * and available for dynamic allocation like any other chunk.
2578  */
2579 void __init pcpu_setup_first_chunk(const struct pcpu_alloc_info *ai,
2580                                    void *base_addr)
2581 {
2582         size_t size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
2583         size_t static_size, dyn_size;
2584         struct pcpu_chunk *chunk;
2585         unsigned long *group_offsets;
2586         size_t *group_sizes;
2587         unsigned long *unit_off;
2588         unsigned int cpu;
2589         int *unit_map;
2590         int group, unit, i;
2591         int map_size;
2592         unsigned long tmp_addr;
2593         size_t alloc_size;
2594
2595 #define PCPU_SETUP_BUG_ON(cond) do {                                    \
2596         if (unlikely(cond)) {                                           \
2597                 pr_emerg("failed to initialize, %s\n", #cond);          \
2598                 pr_emerg("cpu_possible_mask=%*pb\n",                    \
2599                          cpumask_pr_args(cpu_possible_mask));           \
2600                 pcpu_dump_alloc_info(KERN_EMERG, ai);                   \
2601                 BUG();                                                  \
2602         }                                                               \
2603 } while (0)
2604
2605         /* sanity checks */
2606         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->nr_groups <= 0);
2607 #ifdef CONFIG_SMP
2608         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->static_size);
2609         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(__per_cpu_start));
2610 #endif
2611         PCPU_SETUP_BUG_ON(!base_addr);
2612         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(base_addr));
2613         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < size_sum);
2614         PCPU_SETUP_BUG_ON(offset_in_page(ai->unit_size));
2615         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->unit_size < PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2616         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->unit_size, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE));
2617         PCPU_SETUP_BUG_ON(ai->dyn_size < PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE);
2618         PCPU_SETUP_BUG_ON(!ai->dyn_size);
2619         PCPU_SETUP_BUG_ON(!IS_ALIGNED(ai->reserved_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE));
2620         PCPU_SETUP_BUG_ON(!(IS_ALIGNED(PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE, PAGE_SIZE) ||
2621                             IS_ALIGNED(PAGE_SIZE, PCPU_BITMAP_BLOCK_SIZE)));
2622         PCPU_SETUP_BUG_ON(pcpu_verify_alloc_info(ai) < 0);
2623
2624         /* process group information and build config tables accordingly */
2625         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_offsets[0]);
2626         group_offsets = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2627         if (!group_offsets)
2628                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2629                       alloc_size);
2630
2631         alloc_size = ai->nr_groups * sizeof(group_sizes[0]);
2632         group_sizes = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2633         if (!group_sizes)
2634                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2635                       alloc_size);
2636
2637         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_map[0]);
2638         unit_map = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2639         if (!unit_map)
2640                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2641                       alloc_size);
2642
2643         alloc_size = nr_cpu_ids * sizeof(unit_off[0]);
2644         unit_off = memblock_alloc(alloc_size, SMP_CACHE_BYTES);
2645         if (!unit_off)
2646                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2647                       alloc_size);
2648
2649         for (cpu = 0; cpu < nr_cpu_ids; cpu++)
2650                 unit_map[cpu] = UINT_MAX;
2651
2652         pcpu_low_unit_cpu = NR_CPUS;
2653         pcpu_high_unit_cpu = NR_CPUS;
2654
2655         for (group = 0, unit = 0; group < ai->nr_groups; group++, unit += i) {
2656                 const struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2657
2658                 group_offsets[group] = gi->base_offset;
2659                 group_sizes[group] = gi->nr_units * ai->unit_size;
2660
2661                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++) {
2662                         cpu = gi->cpu_map[i];
2663                         if (cpu == NR_CPUS)
2664                                 continue;
2665
2666                         PCPU_SETUP_BUG_ON(cpu >= nr_cpu_ids);
2667                         PCPU_SETUP_BUG_ON(!cpu_possible(cpu));
2668                         PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] != UINT_MAX);
2669
2670                         unit_map[cpu] = unit + i;
2671                         unit_off[cpu] = gi->base_offset + i * ai->unit_size;
2672
2673                         /* determine low/high unit_cpu */
2674                         if (pcpu_low_unit_cpu == NR_CPUS ||
2675                             unit_off[cpu] < unit_off[pcpu_low_unit_cpu])
2676                                 pcpu_low_unit_cpu = cpu;
2677                         if (pcpu_high_unit_cpu == NR_CPUS ||
2678                             unit_off[cpu] > unit_off[pcpu_high_unit_cpu])
2679                                 pcpu_high_unit_cpu = cpu;
2680                 }
2681         }
2682         pcpu_nr_units = unit;
2683
2684         for_each_possible_cpu(cpu)
2685                 PCPU_SETUP_BUG_ON(unit_map[cpu] == UINT_MAX);
2686
2687         /* we're done parsing the input, undefine BUG macro and dump config */
2688 #undef PCPU_SETUP_BUG_ON
2689         pcpu_dump_alloc_info(KERN_DEBUG, ai);
2690
2691         pcpu_nr_groups = ai->nr_groups;
2692         pcpu_group_offsets = group_offsets;
2693         pcpu_group_sizes = group_sizes;
2694         pcpu_unit_map = unit_map;
2695         pcpu_unit_offsets = unit_off;
2696
2697         /* determine basic parameters */
2698         pcpu_unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
2699         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
2700         pcpu_atom_size = ai->atom_size;
2701         pcpu_chunk_struct_size = struct_size(chunk, populated,
2702                                              BITS_TO_LONGS(pcpu_unit_pages));
2703
2704         pcpu_stats_save_ai(ai);
2705
2706         /*
2707          * Allocate chunk slots.  The slots after the active slots are:
2708          *   sidelined_slot - isolated, depopulated chunks
2709          *   free_slot - fully free chunks
2710          *   to_depopulate_slot - isolated, chunks to depopulate
2711          */
2712         pcpu_sidelined_slot = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 1;
2713         pcpu_free_slot = pcpu_sidelined_slot + 1;
2714         pcpu_to_depopulate_slot = pcpu_free_slot + 1;
2715         pcpu_nr_slots = pcpu_to_depopulate_slot + 1;
2716         pcpu_chunk_lists = memblock_alloc(pcpu_nr_slots *
2717                                           sizeof(pcpu_chunk_lists[0]),
2718                                           SMP_CACHE_BYTES);
2719         if (!pcpu_chunk_lists)
2720                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
2721                       pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_chunk_lists[0]));
2722
2723         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
2724                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_chunk_lists[i]);
2725
2726         /*
2727          * The end of the static region needs to be aligned with the
2728          * minimum allocation size as this offsets the reserved and
2729          * dynamic region.  The first chunk ends page aligned by
2730          * expanding the dynamic region, therefore the dynamic region
2731          * can be shrunk to compensate while still staying above the
2732          * configured sizes.
2733          */
2734         static_size = ALIGN(ai->static_size, PCPU_MIN_ALLOC_SIZE);
2735         dyn_size = ai->dyn_size - (static_size - ai->static_size);
2736
2737         /*
2738          * Initialize first chunk.
2739          * If the reserved_size is non-zero, this initializes the reserved
2740          * chunk.  If the reserved_size is zero, the reserved chunk is NULL
2741          * and the dynamic region is initialized here.  The first chunk,
2742          * pcpu_first_chunk, will always point to the chunk that serves
2743          * the dynamic region.
2744          */
2745         tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size;
2746         map_size = ai->reserved_size ?: dyn_size;
2747         chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2748
2749         /* init dynamic chunk if necessary */
2750         if (ai->reserved_size) {
2751                 pcpu_reserved_chunk = chunk;
2752
2753                 tmp_addr = (unsigned long)base_addr + static_size +
2754                            ai->reserved_size;
2755                 map_size = dyn_size;
2756                 chunk = pcpu_alloc_first_chunk(tmp_addr, map_size);
2757         }
2758
2759         /* link the first chunk in */
2760         pcpu_first_chunk = chunk;
2761         pcpu_nr_empty_pop_pages = pcpu_first_chunk->nr_empty_pop_pages;
2762         pcpu_chunk_relocate(pcpu_first_chunk, -1);
2763
2764         /* include all regions of the first chunk */
2765         pcpu_nr_populated += PFN_DOWN(size_sum);
2766
2767         pcpu_stats_chunk_alloc();
2768         trace_percpu_create_chunk(base_addr);
2769
2770         /* we're done */
2771         pcpu_base_addr = base_addr;
2772 }
2773
2774 #ifdef CONFIG_SMP
2775
2776 const char * const pcpu_fc_names[PCPU_FC_NR] __initconst = {
2777         [PCPU_FC_AUTO]  = "auto",
2778         [PCPU_FC_EMBED] = "embed",
2779         [PCPU_FC_PAGE]  = "page",
2780 };
2781
2782 enum pcpu_fc pcpu_chosen_fc __initdata = PCPU_FC_AUTO;
2783
2784 static int __init percpu_alloc_setup(char *str)
2785 {
2786         if (!str)
2787                 return -EINVAL;
2788
2789         if (0)
2790                 /* nada */;
2791 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK
2792         else if (!strcmp(str, "embed"))
2793                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_EMBED;
2794 #endif
2795 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
2796         else if (!strcmp(str, "page"))
2797                 pcpu_chosen_fc = PCPU_FC_PAGE;
2798 #endif
2799         else
2800                 pr_warn("unknown allocator %s specified\n", str);
2801
2802         return 0;
2803 }
2804 early_param("percpu_alloc", percpu_alloc_setup);
2805
2806 /*
2807  * pcpu_embed_first_chunk() is used by the generic percpu setup.
2808  * Build it if needed by the arch config or the generic setup is going
2809  * to be used.
2810  */
2811 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_EMBED_FIRST_CHUNK) || \
2812         !defined(CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA)
2813 #define BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK
2814 #endif
2815
2816 /* build pcpu_page_first_chunk() iff needed by the arch config */
2817 #if defined(CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK)
2818 #define BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
2819 #endif
2820
2821 /* pcpu_build_alloc_info() is used by both embed and page first chunk */
2822 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK) || defined(BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK)
2823 /**
2824  * pcpu_build_alloc_info - build alloc_info considering distances between CPUs
2825  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
2826  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
2827  * @atom_size: allocation atom size
2828  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
2829  *
2830  * This function determines grouping of units, their mappings to cpus
2831  * and other parameters considering needed percpu size, allocation
2832  * atom size and distances between CPUs.
2833  *
2834  * Groups are always multiples of atom size and CPUs which are of
2835  * LOCAL_DISTANCE both ways are grouped together and share space for
2836  * units in the same group.  The returned configuration is guaranteed
2837  * to have CPUs on different nodes on different groups and >=75% usage
2838  * of allocated virtual address space.
2839  *
2840  * RETURNS:
2841  * On success, pointer to the new allocation_info is returned.  On
2842  * failure, ERR_PTR value is returned.
2843  */
2844 static struct pcpu_alloc_info * __init __flatten pcpu_build_alloc_info(
2845                                 size_t reserved_size, size_t dyn_size,
2846                                 size_t atom_size,
2847                                 pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn)
2848 {
2849         static int group_map[NR_CPUS] __initdata;
2850         static int group_cnt[NR_CPUS] __initdata;
2851         static struct cpumask mask __initdata;
2852         const size_t static_size = __per_cpu_end - __per_cpu_start;
2853         int nr_groups = 1, nr_units = 0;
2854         size_t size_sum, min_unit_size, alloc_size;
2855         int upa, max_upa, best_upa;     /* units_per_alloc */
2856         int last_allocs, group, unit;
2857         unsigned int cpu, tcpu;
2858         struct pcpu_alloc_info *ai;
2859         unsigned int *cpu_map;
2860
2861         /* this function may be called multiple times */
2862         memset(group_map, 0, sizeof(group_map));
2863         memset(group_cnt, 0, sizeof(group_cnt));
2864         cpumask_clear(&mask);
2865
2866         /* calculate size_sum and ensure dyn_size is enough for early alloc */
2867         size_sum = PFN_ALIGN(static_size + reserved_size +
2868                             max_t(size_t, dyn_size, PERCPU_DYNAMIC_EARLY_SIZE));
2869         dyn_size = size_sum - static_size - reserved_size;
2870
2871         /*
2872          * Determine min_unit_size, alloc_size and max_upa such that
2873          * alloc_size is multiple of atom_size and is the smallest
2874          * which can accommodate 4k aligned segments which are equal to
2875          * or larger than min_unit_size.
2876          */
2877         min_unit_size = max_t(size_t, size_sum, PCPU_MIN_UNIT_SIZE);
2878
2879         /* determine the maximum # of units that can fit in an allocation */
2880         alloc_size = roundup(min_unit_size, atom_size);
2881         upa = alloc_size / min_unit_size;
2882         while (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2883                 upa--;
2884         max_upa = upa;
2885
2886         cpumask_copy(&mask, cpu_possible_mask);
2887
2888         /* group cpus according to their proximity */
2889         for (group = 0; !cpumask_empty(&mask); group++) {
2890                 /* pop the group's first cpu */
2891                 cpu = cpumask_first(&mask);
2892                 group_map[cpu] = group;
2893                 group_cnt[group]++;
2894                 cpumask_clear_cpu(cpu, &mask);
2895
2896                 for_each_cpu(tcpu, &mask) {
2897                         if (!cpu_distance_fn ||
2898                             (cpu_distance_fn(cpu, tcpu) == LOCAL_DISTANCE &&
2899                              cpu_distance_fn(tcpu, cpu) == LOCAL_DISTANCE)) {
2900                                 group_map[tcpu] = group;
2901                                 group_cnt[group]++;
2902                                 cpumask_clear_cpu(tcpu, &mask);
2903                         }
2904                 }
2905         }
2906         nr_groups = group;
2907
2908         /*
2909          * Wasted space is caused by a ratio imbalance of upa to group_cnt.
2910          * Expand the unit_size until we use >= 75% of the units allocated.
2911          * Related to atom_size, which could be much larger than the unit_size.
2912          */
2913         last_allocs = INT_MAX;
2914         best_upa = 0;
2915         for (upa = max_upa; upa; upa--) {
2916                 int allocs = 0, wasted = 0;
2917
2918                 if (alloc_size % upa || (offset_in_page(alloc_size / upa)))
2919                         continue;
2920
2921                 for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2922                         int this_allocs = DIV_ROUND_UP(group_cnt[group], upa);
2923                         allocs += this_allocs;
2924                         wasted += this_allocs * upa - group_cnt[group];
2925                 }
2926
2927                 /*
2928                  * Don't accept if wastage is over 1/3.  The
2929                  * greater-than comparison ensures upa==1 always
2930                  * passes the following check.
2931                  */
2932                 if (wasted > num_possible_cpus() / 3)
2933                         continue;
2934
2935                 /* and then don't consume more memory */
2936                 if (allocs > last_allocs)
2937                         break;
2938                 last_allocs = allocs;
2939                 best_upa = upa;
2940         }
2941         BUG_ON(!best_upa);
2942         upa = best_upa;
2943
2944         /* allocate and fill alloc_info */
2945         for (group = 0; group < nr_groups; group++)
2946                 nr_units += roundup(group_cnt[group], upa);
2947
2948         ai = pcpu_alloc_alloc_info(nr_groups, nr_units);
2949         if (!ai)
2950                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2951         cpu_map = ai->groups[0].cpu_map;
2952
2953         for (group = 0; group < nr_groups; group++) {
2954                 ai->groups[group].cpu_map = cpu_map;
2955                 cpu_map += roundup(group_cnt[group], upa);
2956         }
2957
2958         ai->static_size = static_size;
2959         ai->reserved_size = reserved_size;
2960         ai->dyn_size = dyn_size;
2961         ai->unit_size = alloc_size / upa;
2962         ai->atom_size = atom_size;
2963         ai->alloc_size = alloc_size;
2964
2965         for (group = 0, unit = 0; group < nr_groups; group++) {
2966                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
2967
2968                 /*
2969                  * Initialize base_offset as if all groups are located
2970                  * back-to-back.  The caller should update this to
2971                  * reflect actual allocation.
2972                  */
2973                 gi->base_offset = unit * ai->unit_size;
2974
2975                 for_each_possible_cpu(cpu)
2976                         if (group_map[cpu] == group)
2977                                 gi->cpu_map[gi->nr_units++] = cpu;
2978                 gi->nr_units = roundup(gi->nr_units, upa);
2979                 unit += gi->nr_units;
2980         }
2981         BUG_ON(unit != nr_units);
2982
2983         return ai;
2984 }
2985
2986 static void * __init pcpu_fc_alloc(unsigned int cpu, size_t size, size_t align,
2987                                    pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
2988 {
2989         const unsigned long goal = __pa(MAX_DMA_ADDRESS);
2990 #ifdef CONFIG_NUMA
2991         int node = NUMA_NO_NODE;
2992         void *ptr;
2993
2994         if (cpu_to_nd_fn)
2995                 node = cpu_to_nd_fn(cpu);
2996
2997         if (node == NUMA_NO_NODE || !node_online(node) || !NODE_DATA(node)) {
2998                 ptr = memblock_alloc_from(size, align, goal);
2999                 pr_info("cpu %d has no node %d or node-local memory\n",
3000                         cpu, node);
3001                 pr_debug("per cpu data for cpu%d %zu bytes at 0x%llx\n",
3002                          cpu, size, (u64)__pa(ptr));
3003         } else {
3004                 ptr = memblock_alloc_try_nid(size, align, goal,
3005                                              MEMBLOCK_ALLOC_ACCESSIBLE,
3006                                              node);
3007
3008                 pr_debug("per cpu data for cpu%d %zu bytes on node%d at 0x%llx\n",
3009                          cpu, size, node, (u64)__pa(ptr));
3010         }
3011         return ptr;
3012 #else
3013         return memblock_alloc_from(size, align, goal);
3014 #endif
3015 }
3016
3017 static void __init pcpu_fc_free(void *ptr, size_t size)
3018 {
3019         memblock_free(ptr, size);
3020 }
3021 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK || BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
3022
3023 #if defined(BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK)
3024 /**
3025  * pcpu_embed_first_chunk - embed the first percpu chunk into bootmem
3026  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
3027  * @dyn_size: minimum free size for dynamic allocation in bytes
3028  * @atom_size: allocation atom size
3029  * @cpu_distance_fn: callback to determine distance between cpus, optional
3030  * @cpu_to_nd_fn: callback to convert cpu to it's node, optional
3031  *
3032  * This is a helper to ease setting up embedded first percpu chunk and
3033  * can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
3034  *
3035  * If this function is used to setup the first chunk, it is allocated
3036  * by calling pcpu_fc_alloc and used as-is without being mapped into
3037  * vmalloc area.  Allocations are always whole multiples of @atom_size
3038  * aligned to @atom_size.
3039  *
3040  * This enables the first chunk to piggy back on the linear physical
3041  * mapping which often uses larger page size.  Please note that this
3042  * can result in very sparse cpu->unit mapping on NUMA machines thus
3043  * requiring large vmalloc address space.  Don't use this allocator if
3044  * vmalloc space is not orders of magnitude larger than distances
3045  * between node memory addresses (ie. 32bit NUMA machines).
3046  *
3047  * @dyn_size specifies the minimum dynamic area size.
3048  *
3049  * If the needed size is smaller than the minimum or specified unit
3050  * size, the leftover is returned using pcpu_fc_free.
3051  *
3052  * RETURNS:
3053  * 0 on success, -errno on failure.
3054  */
3055 int __init pcpu_embed_first_chunk(size_t reserved_size, size_t dyn_size,
3056                                   size_t atom_size,
3057                                   pcpu_fc_cpu_distance_fn_t cpu_distance_fn,
3058                                   pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
3059 {
3060         void *base = (void *)ULONG_MAX;
3061         void **areas = NULL;
3062         struct pcpu_alloc_info *ai;
3063         size_t size_sum, areas_size;
3064         unsigned long max_distance;
3065         int group, i, highest_group, rc = 0;
3066
3067         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, dyn_size, atom_size,
3068                                    cpu_distance_fn);
3069         if (IS_ERR(ai))
3070                 return PTR_ERR(ai);
3071
3072         size_sum = ai->static_size + ai->reserved_size + ai->dyn_size;
3073         areas_size = PFN_ALIGN(ai->nr_groups * sizeof(void *));
3074
3075         areas = memblock_alloc(areas_size, SMP_CACHE_BYTES);
3076         if (!areas) {
3077                 rc = -ENOMEM;
3078                 goto out_free;
3079         }
3080
3081         /* allocate, copy and determine base address & max_distance */
3082         highest_group = 0;
3083         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3084                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
3085                 unsigned int cpu = NR_CPUS;
3086                 void *ptr;
3087
3088                 for (i = 0; i < gi->nr_units && cpu == NR_CPUS; i++)
3089                         cpu = gi->cpu_map[i];
3090                 BUG_ON(cpu == NR_CPUS);
3091
3092                 /* allocate space for the whole group */
3093                 ptr = pcpu_fc_alloc(cpu, gi->nr_units * ai->unit_size, atom_size, cpu_to_nd_fn);
3094                 if (!ptr) {
3095                         rc = -ENOMEM;
3096                         goto out_free_areas;
3097                 }
3098                 /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3099                 kmemleak_ignore_phys(__pa(ptr));
3100                 areas[group] = ptr;
3101
3102                 base = min(ptr, base);
3103                 if (ptr > areas[highest_group])
3104                         highest_group = group;
3105         }
3106         max_distance = areas[highest_group] - base;
3107         max_distance += ai->unit_size * ai->groups[highest_group].nr_units;
3108
3109         /* warn if maximum distance is further than 75% of vmalloc space */
3110         if (max_distance > VMALLOC_TOTAL * 3 / 4) {
3111                 pr_warn("max_distance=0x%lx too large for vmalloc space 0x%lx\n",
3112                                 max_distance, VMALLOC_TOTAL);
3113 #ifdef CONFIG_NEED_PER_CPU_PAGE_FIRST_CHUNK
3114                 /* and fail if we have fallback */
3115                 rc = -EINVAL;
3116                 goto out_free_areas;
3117 #endif
3118         }
3119
3120         /*
3121          * Copy data and free unused parts.  This should happen after all
3122          * allocations are complete; otherwise, we may end up with
3123          * overlapping groups.
3124          */
3125         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3126                 struct pcpu_group_info *gi = &ai->groups[group];
3127                 void *ptr = areas[group];
3128
3129                 for (i = 0; i < gi->nr_units; i++, ptr += ai->unit_size) {
3130                         if (gi->cpu_map[i] == NR_CPUS) {
3131                                 /* unused unit, free whole */
3132                                 pcpu_fc_free(ptr, ai->unit_size);
3133                                 continue;
3134                         }
3135                         /* copy and return the unused part */
3136                         memcpy(ptr, __per_cpu_load, ai->static_size);
3137                         pcpu_fc_free(ptr + size_sum, ai->unit_size - size_sum);
3138                 }
3139         }
3140
3141         /* base address is now known, determine group base offsets */
3142         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++) {
3143                 ai->groups[group].base_offset = areas[group] - base;
3144         }
3145
3146         pr_info("Embedded %zu pages/cpu s%zu r%zu d%zu u%zu\n",
3147                 PFN_DOWN(size_sum), ai->static_size, ai->reserved_size,
3148                 ai->dyn_size, ai->unit_size);
3149
3150         pcpu_setup_first_chunk(ai, base);
3151         goto out_free;
3152
3153 out_free_areas:
3154         for (group = 0; group < ai->nr_groups; group++)
3155                 if (areas[group])
3156                         pcpu_fc_free(areas[group],
3157                                 ai->groups[group].nr_units * ai->unit_size);
3158 out_free:
3159         pcpu_free_alloc_info(ai);
3160         if (areas)
3161                 memblock_free(areas, areas_size);
3162         return rc;
3163 }
3164 #endif /* BUILD_EMBED_FIRST_CHUNK */
3165
3166 #ifdef BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK
3167 #include <asm/pgalloc.h>
3168
3169 #ifndef P4D_TABLE_SIZE
3170 #define P4D_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3171 #endif
3172
3173 #ifndef PUD_TABLE_SIZE
3174 #define PUD_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3175 #endif
3176
3177 #ifndef PMD_TABLE_SIZE
3178 #define PMD_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3179 #endif
3180
3181 #ifndef PTE_TABLE_SIZE
3182 #define PTE_TABLE_SIZE PAGE_SIZE
3183 #endif
3184 void __init __weak pcpu_populate_pte(unsigned long addr)
3185 {
3186         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
3187         p4d_t *p4d;
3188         pud_t *pud;
3189         pmd_t *pmd;
3190
3191         if (pgd_none(*pgd)) {
3192                 p4d_t *new;
3193
3194                 new = memblock_alloc(P4D_TABLE_SIZE, P4D_TABLE_SIZE);
3195                 if (!new)
3196                         goto err_alloc;
3197                 pgd_populate(&init_mm, pgd, new);
3198         }
3199
3200         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
3201         if (p4d_none(*p4d)) {
3202                 pud_t *new;
3203
3204                 new = memblock_alloc(PUD_TABLE_SIZE, PUD_TABLE_SIZE);
3205                 if (!new)
3206                         goto err_alloc;
3207                 p4d_populate(&init_mm, p4d, new);
3208         }
3209
3210         pud = pud_offset(p4d, addr);
3211         if (pud_none(*pud)) {
3212                 pmd_t *new;
3213
3214                 new = memblock_alloc(PMD_TABLE_SIZE, PMD_TABLE_SIZE);
3215                 if (!new)
3216                         goto err_alloc;
3217                 pud_populate(&init_mm, pud, new);
3218         }
3219
3220         pmd = pmd_offset(pud, addr);
3221         if (!pmd_present(*pmd)) {
3222                 pte_t *new;
3223
3224                 new = memblock_alloc(PTE_TABLE_SIZE, PTE_TABLE_SIZE);
3225                 if (!new)
3226                         goto err_alloc;
3227                 pmd_populate_kernel(&init_mm, pmd, new);
3228         }
3229
3230         return;
3231
3232 err_alloc:
3233         panic("%s: Failed to allocate memory\n", __func__);
3234 }
3235
3236 /**
3237  * pcpu_page_first_chunk - map the first chunk using PAGE_SIZE pages
3238  * @reserved_size: the size of reserved percpu area in bytes
3239  * @cpu_to_nd_fn: callback to convert cpu to it's node, optional
3240  *
3241  * This is a helper to ease setting up page-remapped first percpu
3242  * chunk and can be called where pcpu_setup_first_chunk() is expected.
3243  *
3244  * This is the basic allocator.  Static percpu area is allocated
3245  * page-by-page into vmalloc area.
3246  *
3247  * RETURNS:
3248  * 0 on success, -errno on failure.
3249  */
3250 int __init pcpu_page_first_chunk(size_t reserved_size, pcpu_fc_cpu_to_node_fn_t cpu_to_nd_fn)
3251 {
3252         static struct vm_struct vm;
3253         struct pcpu_alloc_info *ai;
3254         char psize_str[16];
3255         int unit_pages;
3256         size_t pages_size;
3257         struct page **pages;
3258         int unit, i, j, rc = 0;
3259         int upa;
3260         int nr_g0_units;
3261
3262         snprintf(psize_str, sizeof(psize_str), "%luK", PAGE_SIZE >> 10);
3263
3264         ai = pcpu_build_alloc_info(reserved_size, 0, PAGE_SIZE, NULL);
3265         if (IS_ERR(ai))
3266                 return PTR_ERR(ai);
3267         BUG_ON(ai->nr_groups != 1);
3268         upa = ai->alloc_size/ai->unit_size;
3269         nr_g0_units = roundup(num_possible_cpus(), upa);
3270         if (WARN_ON(ai->groups[0].nr_units != nr_g0_units)) {
3271                 pcpu_free_alloc_info(ai);
3272                 return -EINVAL;
3273         }
3274
3275         unit_pages = ai->unit_size >> PAGE_SHIFT;
3276
3277         /* unaligned allocations can't be freed, round up to page size */
3278         pages_size = PFN_ALIGN(unit_pages * num_possible_cpus() *
3279                                sizeof(pages[0]));
3280         pages = memblock_alloc(pages_size, SMP_CACHE_BYTES);
3281         if (!pages)
3282                 panic("%s: Failed to allocate %zu bytes\n", __func__,
3283                       pages_size);
3284
3285         /* allocate pages */
3286         j = 0;
3287         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
3288                 unsigned int cpu = ai->groups[0].cpu_map[unit];
3289                 for (i = 0; i < unit_pages; i++) {
3290                         void *ptr;
3291
3292                         ptr = pcpu_fc_alloc(cpu, PAGE_SIZE, PAGE_SIZE, cpu_to_nd_fn);
3293                         if (!ptr) {
3294                                 pr_warn("failed to allocate %s page for cpu%u\n",
3295                                                 psize_str, cpu);
3296                                 goto enomem;
3297                         }
3298                         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3299                         kmemleak_ignore_phys(__pa(ptr));
3300                         pages[j++] = virt_to_page(ptr);
3301                 }
3302         }
3303
3304         /* allocate vm area, map the pages and copy static data */
3305         vm.flags = VM_ALLOC;
3306         vm.size = num_possible_cpus() * ai->unit_size;
3307         vm_area_register_early(&vm, PAGE_SIZE);
3308
3309         for (unit = 0; unit < num_possible_cpus(); unit++) {
3310                 unsigned long unit_addr =
3311                         (unsigned long)vm.addr + unit * ai->unit_size;
3312
3313                 for (i = 0; i < unit_pages; i++)
3314                         pcpu_populate_pte(unit_addr + (i << PAGE_SHIFT));
3315
3316                 /* pte already populated, the following shouldn't fail */
3317                 rc = __pcpu_map_pages(unit_addr, &pages[unit * unit_pages],
3318                                       unit_pages);
3319                 if (rc < 0)
3320                         panic("failed to map percpu area, err=%d\n", rc);
3321
3322                 /*
3323                  * FIXME: Archs with virtual cache should flush local
3324                  * cache for the linear mapping here - something
3325                  * equivalent to flush_cache_vmap() on the local cpu.
3326                  * flush_cache_vmap() can't be used as most supporting
3327                  * data structures are not set up yet.
3328                  */
3329
3330                 /* copy static data */
3331                 memcpy((void *)unit_addr, __per_cpu_load, ai->static_size);
3332         }
3333
3334         /* we're ready, commit */
3335         pr_info("%d %s pages/cpu s%zu r%zu d%zu\n",
3336                 unit_pages, psize_str, ai->static_size,
3337                 ai->reserved_size, ai->dyn_size);
3338
3339         pcpu_setup_first_chunk(ai, vm.addr);
3340         goto out_free_ar;
3341
3342 enomem:
3343         while (--j >= 0)
3344                 pcpu_fc_free(page_address(pages[j]), PAGE_SIZE);
3345         rc = -ENOMEM;
3346 out_free_ar:
3347         memblock_free(pages, pages_size);
3348         pcpu_free_alloc_info(ai);
3349         return rc;
3350 }
3351 #endif /* BUILD_PAGE_FIRST_CHUNK */
3352
3353 #ifndef CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA
3354 /*
3355  * Generic SMP percpu area setup.
3356  *
3357  * The embedding helper is used because its behavior closely resembles
3358  * the original non-dynamic generic percpu area setup.  This is
3359  * important because many archs have addressing restrictions and might
3360  * fail if the percpu area is located far away from the previous
3361  * location.  As an added bonus, in non-NUMA cases, embedding is
3362  * generally a good idea TLB-wise because percpu area can piggy back
3363  * on the physical linear memory mapping which uses large page
3364  * mappings on applicable archs.
3365  */
3366 unsigned long __per_cpu_offset[NR_CPUS] __read_mostly;
3367 EXPORT_SYMBOL(__per_cpu_offset);
3368
3369 void __init setup_per_cpu_areas(void)
3370 {
3371         unsigned long delta;
3372         unsigned int cpu;
3373         int rc;
3374
3375         /*
3376          * Always reserve area for module percpu variables.  That's
3377          * what the legacy allocator did.
3378          */
3379         rc = pcpu_embed_first_chunk(PERCPU_MODULE_RESERVE, PERCPU_DYNAMIC_RESERVE,
3380                                     PAGE_SIZE, NULL, NULL);
3381         if (rc < 0)
3382                 panic("Failed to initialize percpu areas.");
3383
3384         delta = (unsigned long)pcpu_base_addr - (unsigned long)__per_cpu_start;
3385         for_each_possible_cpu(cpu)
3386                 __per_cpu_offset[cpu] = delta + pcpu_unit_offsets[cpu];
3387 }
3388 #endif  /* CONFIG_HAVE_SETUP_PER_CPU_AREA */
3389
3390 #else   /* CONFIG_SMP */
3391
3392 /*
3393  * UP percpu area setup.
3394  *
3395  * UP always uses km-based percpu allocator with identity mapping.
3396  * Static percpu variables are indistinguishable from the usual static
3397  * variables and don't require any special preparation.
3398  */
3399 void __init setup_per_cpu_areas(void)
3400 {
3401         const size_t unit_size =
3402                 roundup_pow_of_two(max_t(size_t, PCPU_MIN_UNIT_SIZE,
3403                                          PERCPU_DYNAMIC_RESERVE));
3404         struct pcpu_alloc_info *ai;
3405         void *fc;
3406
3407         ai = pcpu_alloc_alloc_info(1, 1);
3408         fc = memblock_alloc_from(unit_size, PAGE_SIZE, __pa(MAX_DMA_ADDRESS));
3409         if (!ai || !fc)
3410                 panic("Failed to allocate memory for percpu areas.");
3411         /* kmemleak tracks the percpu allocations separately */
3412         kmemleak_ignore_phys(__pa(fc));
3413
3414         ai->dyn_size = unit_size;
3415         ai->unit_size = unit_size;
3416         ai->atom_size = unit_size;
3417         ai->alloc_size = unit_size;
3418         ai->groups[0].nr_units = 1;
3419         ai->groups[0].cpu_map[0] = 0;
3420
3421         pcpu_setup_first_chunk(ai, fc);
3422         pcpu_free_alloc_info(ai);
3423 }
3424
3425 #endif  /* CONFIG_SMP */
3426
3427 /*
3428  * pcpu_nr_pages - calculate total number of populated backing pages
3429  *
3430  * This reflects the number of pages populated to back chunks.  Metadata is
3431  * excluded in the number exposed in meminfo as the number of backing pages
3432  * scales with the number of cpus and can quickly outweigh the memory used for
3433  * metadata.  It also keeps this calculation nice and simple.
3434  *
3435  * RETURNS:
3436  * Total number of populated backing pages in use by the allocator.
3437  */
3438 unsigned long pcpu_nr_pages(void)
3439 {
3440         return pcpu_nr_populated * pcpu_nr_units;
3441 }
3442
3443 /*
3444  * Percpu allocator is initialized early during boot when neither slab or
3445  * workqueue is available.  Plug async management until everything is up
3446  * and running.
3447  */
3448 static int __init percpu_enable_async(void)
3449 {
3450         pcpu_async_enabled = true;
3451         return 0;
3452 }
3453 subsys_initcall(percpu_enable_async);