]> www.pilppa.org Git - linux-2.6-omap-h63xx.git/blob - mm/percpu.c
percpu: add an indirection ptr for chunk page map access
[linux-2.6-omap-h63xx.git] / mm / percpu.c
1 /*
2  * linux/mm/percpu.c - percpu memory allocator
3  *
4  * Copyright (C) 2009           SUSE Linux Products GmbH
5  * Copyright (C) 2009           Tejun Heo <tj@kernel.org>
6  *
7  * This file is released under the GPLv2.
8  *
9  * This is percpu allocator which can handle both static and dynamic
10  * areas.  Percpu areas are allocated in chunks in vmalloc area.  Each
11  * chunk is consisted of num_possible_cpus() units and the first chunk
12  * is used for static percpu variables in the kernel image (special
13  * boot time alloc/init handling necessary as these areas need to be
14  * brought up before allocation services are running).  Unit grows as
15  * necessary and all units grow or shrink in unison.  When a chunk is
16  * filled up, another chunk is allocated.  ie. in vmalloc area
17  *
18  *  c0                           c1                         c2
19  *  -------------------          -------------------        ------------
20  * | u0 | u1 | u2 | u3 |        | u0 | u1 | u2 | u3 |      | u0 | u1 | u
21  *  -------------------  ......  -------------------  ....  ------------
22  *
23  * Allocation is done in offset-size areas of single unit space.  Ie,
24  * an area of 512 bytes at 6k in c1 occupies 512 bytes at 6k of c1:u0,
25  * c1:u1, c1:u2 and c1:u3.  Percpu access can be done by configuring
26  * percpu base registers UNIT_SIZE apart.
27  *
28  * There are usually many small percpu allocations many of them as
29  * small as 4 bytes.  The allocator organizes chunks into lists
30  * according to free size and tries to allocate from the fullest one.
31  * Each chunk keeps the maximum contiguous area size hint which is
32  * guaranteed to be eqaul to or larger than the maximum contiguous
33  * area in the chunk.  This helps the allocator not to iterate the
34  * chunk maps unnecessarily.
35  *
36  * Allocation state in each chunk is kept using an array of integers
37  * on chunk->map.  A positive value in the map represents a free
38  * region and negative allocated.  Allocation inside a chunk is done
39  * by scanning this map sequentially and serving the first matching
40  * entry.  This is mostly copied from the percpu_modalloc() allocator.
41  * Chunks are also linked into a rb tree to ease address to chunk
42  * mapping during free.
43  *
44  * To use this allocator, arch code should do the followings.
45  *
46  * - define CONFIG_HAVE_DYNAMIC_PER_CPU_AREA
47  *
48  * - define __addr_to_pcpu_ptr() and __pcpu_ptr_to_addr() to translate
49  *   regular address to percpu pointer and back
50  *
51  * - use pcpu_setup_first_chunk() during percpu area initialization to
52  *   setup the first chunk containing the kernel static percpu area
53  */
54
55 #include <linux/bitmap.h>
56 #include <linux/bootmem.h>
57 #include <linux/list.h>
58 #include <linux/mm.h>
59 #include <linux/module.h>
60 #include <linux/mutex.h>
61 #include <linux/percpu.h>
62 #include <linux/pfn.h>
63 #include <linux/rbtree.h>
64 #include <linux/slab.h>
65 #include <linux/vmalloc.h>
66
67 #include <asm/cacheflush.h>
68 #include <asm/tlbflush.h>
69
70 #define PCPU_SLOT_BASE_SHIFT            5       /* 1-31 shares the same slot */
71 #define PCPU_DFL_MAP_ALLOC              16      /* start a map with 16 ents */
72
73 struct pcpu_chunk {
74         struct list_head        list;           /* linked to pcpu_slot lists */
75         struct rb_node          rb_node;        /* key is chunk->vm->addr */
76         int                     free_size;      /* free bytes in the chunk */
77         int                     contig_hint;    /* max contiguous size hint */
78         struct vm_struct        *vm;            /* mapped vmalloc region */
79         int                     map_used;       /* # of map entries used */
80         int                     map_alloc;      /* # of map entries allocated */
81         int                     *map;           /* allocation map */
82         bool                    immutable;      /* no [de]population allowed */
83         struct page             **page;         /* points to page array */
84         struct page             *page_ar[];     /* #cpus * UNIT_PAGES */
85 };
86
87 static int pcpu_unit_pages __read_mostly;
88 static int pcpu_unit_size __read_mostly;
89 static int pcpu_chunk_size __read_mostly;
90 static int pcpu_nr_slots __read_mostly;
91 static size_t pcpu_chunk_struct_size __read_mostly;
92
93 /* the address of the first chunk which starts with the kernel static area */
94 void *pcpu_base_addr __read_mostly;
95 EXPORT_SYMBOL_GPL(pcpu_base_addr);
96
97 /*
98  * One mutex to rule them all.
99  *
100  * The following mutex is grabbed in the outermost public alloc/free
101  * interface functions and released only when the operation is
102  * complete.  As such, every function in this file other than the
103  * outermost functions are called under pcpu_mutex.
104  *
105  * It can easily be switched to use spinlock such that only the area
106  * allocation and page population commit are protected with it doing
107  * actual [de]allocation without holding any lock.  However, given
108  * what this allocator does, I think it's better to let them run
109  * sequentially.
110  */
111 static DEFINE_MUTEX(pcpu_mutex);
112
113 static struct list_head *pcpu_slot __read_mostly; /* chunk list slots */
114 static struct rb_root pcpu_addr_root = RB_ROOT; /* chunks by address */
115
116 static int __pcpu_size_to_slot(int size)
117 {
118         int highbit = fls(size);        /* size is in bytes */
119         return max(highbit - PCPU_SLOT_BASE_SHIFT + 2, 1);
120 }
121
122 static int pcpu_size_to_slot(int size)
123 {
124         if (size == pcpu_unit_size)
125                 return pcpu_nr_slots - 1;
126         return __pcpu_size_to_slot(size);
127 }
128
129 static int pcpu_chunk_slot(const struct pcpu_chunk *chunk)
130 {
131         if (chunk->free_size < sizeof(int) || chunk->contig_hint < sizeof(int))
132                 return 0;
133
134         return pcpu_size_to_slot(chunk->free_size);
135 }
136
137 static int pcpu_page_idx(unsigned int cpu, int page_idx)
138 {
139         return cpu * pcpu_unit_pages + page_idx;
140 }
141
142 static struct page **pcpu_chunk_pagep(struct pcpu_chunk *chunk,
143                                       unsigned int cpu, int page_idx)
144 {
145         return &chunk->page[pcpu_page_idx(cpu, page_idx)];
146 }
147
148 static unsigned long pcpu_chunk_addr(struct pcpu_chunk *chunk,
149                                      unsigned int cpu, int page_idx)
150 {
151         return (unsigned long)chunk->vm->addr +
152                 (pcpu_page_idx(cpu, page_idx) << PAGE_SHIFT);
153 }
154
155 static bool pcpu_chunk_page_occupied(struct pcpu_chunk *chunk,
156                                      int page_idx)
157 {
158         return *pcpu_chunk_pagep(chunk, 0, page_idx) != NULL;
159 }
160
161 /**
162  * pcpu_realloc - versatile realloc
163  * @p: the current pointer (can be NULL for new allocations)
164  * @size: the current size in bytes (can be 0 for new allocations)
165  * @new_size: the wanted new size in bytes (can be 0 for free)
166  *
167  * More robust realloc which can be used to allocate, resize or free a
168  * memory area of arbitrary size.  If the needed size goes over
169  * PAGE_SIZE, kernel VM is used.
170  *
171  * RETURNS:
172  * The new pointer on success, NULL on failure.
173  */
174 static void *pcpu_realloc(void *p, size_t size, size_t new_size)
175 {
176         void *new;
177
178         if (new_size <= PAGE_SIZE)
179                 new = kmalloc(new_size, GFP_KERNEL);
180         else
181                 new = vmalloc(new_size);
182         if (new_size && !new)
183                 return NULL;
184
185         memcpy(new, p, min(size, new_size));
186         if (new_size > size)
187                 memset(new + size, 0, new_size - size);
188
189         if (size <= PAGE_SIZE)
190                 kfree(p);
191         else
192                 vfree(p);
193
194         return new;
195 }
196
197 /**
198  * pcpu_chunk_relocate - put chunk in the appropriate chunk slot
199  * @chunk: chunk of interest
200  * @oslot: the previous slot it was on
201  *
202  * This function is called after an allocation or free changed @chunk.
203  * New slot according to the changed state is determined and @chunk is
204  * moved to the slot.
205  */
206 static void pcpu_chunk_relocate(struct pcpu_chunk *chunk, int oslot)
207 {
208         int nslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
209
210         if (oslot != nslot) {
211                 if (oslot < nslot)
212                         list_move(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
213                 else
214                         list_move_tail(&chunk->list, &pcpu_slot[nslot]);
215         }
216 }
217
218 static struct rb_node **pcpu_chunk_rb_search(void *addr,
219                                              struct rb_node **parentp)
220 {
221         struct rb_node **p = &pcpu_addr_root.rb_node;
222         struct rb_node *parent = NULL;
223         struct pcpu_chunk *chunk;
224
225         while (*p) {
226                 parent = *p;
227                 chunk = rb_entry(parent, struct pcpu_chunk, rb_node);
228
229                 if (addr < chunk->vm->addr)
230                         p = &(*p)->rb_left;
231                 else if (addr > chunk->vm->addr)
232                         p = &(*p)->rb_right;
233                 else
234                         break;
235         }
236
237         if (parentp)
238                 *parentp = parent;
239         return p;
240 }
241
242 /**
243  * pcpu_chunk_addr_search - search for chunk containing specified address
244  * @addr: address to search for
245  *
246  * Look for chunk which might contain @addr.  More specifically, it
247  * searchs for the chunk with the highest start address which isn't
248  * beyond @addr.
249  *
250  * RETURNS:
251  * The address of the found chunk.
252  */
253 static struct pcpu_chunk *pcpu_chunk_addr_search(void *addr)
254 {
255         struct rb_node *n, *parent;
256         struct pcpu_chunk *chunk;
257
258         n = *pcpu_chunk_rb_search(addr, &parent);
259         if (!n) {
260                 /* no exactly matching chunk, the parent is the closest */
261                 n = parent;
262                 BUG_ON(!n);
263         }
264         chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
265
266         if (addr < chunk->vm->addr) {
267                 /* the parent was the next one, look for the previous one */
268                 n = rb_prev(n);
269                 BUG_ON(!n);
270                 chunk = rb_entry(n, struct pcpu_chunk, rb_node);
271         }
272
273         return chunk;
274 }
275
276 /**
277  * pcpu_chunk_addr_insert - insert chunk into address rb tree
278  * @new: chunk to insert
279  *
280  * Insert @new into address rb tree.
281  */
282 static void pcpu_chunk_addr_insert(struct pcpu_chunk *new)
283 {
284         struct rb_node **p, *parent;
285
286         p = pcpu_chunk_rb_search(new->vm->addr, &parent);
287         BUG_ON(*p);
288         rb_link_node(&new->rb_node, parent, p);
289         rb_insert_color(&new->rb_node, &pcpu_addr_root);
290 }
291
292 /**
293  * pcpu_split_block - split a map block
294  * @chunk: chunk of interest
295  * @i: index of map block to split
296  * @head: head size in bytes (can be 0)
297  * @tail: tail size in bytes (can be 0)
298  *
299  * Split the @i'th map block into two or three blocks.  If @head is
300  * non-zero, @head bytes block is inserted before block @i moving it
301  * to @i+1 and reducing its size by @head bytes.
302  *
303  * If @tail is non-zero, the target block, which can be @i or @i+1
304  * depending on @head, is reduced by @tail bytes and @tail byte block
305  * is inserted after the target block.
306  *
307  * RETURNS:
308  * 0 on success, -errno on failure.
309  */
310 static int pcpu_split_block(struct pcpu_chunk *chunk, int i, int head, int tail)
311 {
312         int nr_extra = !!head + !!tail;
313         int target = chunk->map_used + nr_extra;
314
315         /* reallocation required? */
316         if (chunk->map_alloc < target) {
317                 int new_alloc;
318                 int *new;
319
320                 new_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
321                 while (new_alloc < target)
322                         new_alloc *= 2;
323
324                 if (chunk->map_alloc < PCPU_DFL_MAP_ALLOC) {
325                         /*
326                          * map_alloc smaller than the default size
327                          * indicates that the chunk is one of the
328                          * first chunks and still using static map.
329                          * Allocate a dynamic one and copy.
330                          */
331                         new = pcpu_realloc(NULL, 0, new_alloc * sizeof(new[0]));
332                         if (new)
333                                 memcpy(new, chunk->map,
334                                        chunk->map_alloc * sizeof(new[0]));
335                 } else
336                         new = pcpu_realloc(chunk->map,
337                                            chunk->map_alloc * sizeof(new[0]),
338                                            new_alloc * sizeof(new[0]));
339                 if (!new)
340                         return -ENOMEM;
341
342                 chunk->map_alloc = new_alloc;
343                 chunk->map = new;
344         }
345
346         /* insert a new subblock */
347         memmove(&chunk->map[i + nr_extra], &chunk->map[i],
348                 sizeof(chunk->map[0]) * (chunk->map_used - i));
349         chunk->map_used += nr_extra;
350
351         if (head) {
352                 chunk->map[i + 1] = chunk->map[i] - head;
353                 chunk->map[i++] = head;
354         }
355         if (tail) {
356                 chunk->map[i++] -= tail;
357                 chunk->map[i] = tail;
358         }
359         return 0;
360 }
361
362 /**
363  * pcpu_alloc_area - allocate area from a pcpu_chunk
364  * @chunk: chunk of interest
365  * @size: wanted size in bytes
366  * @align: wanted align
367  *
368  * Try to allocate @size bytes area aligned at @align from @chunk.
369  * Note that this function only allocates the offset.  It doesn't
370  * populate or map the area.
371  *
372  * RETURNS:
373  * Allocated offset in @chunk on success, -errno on failure.
374  */
375 static int pcpu_alloc_area(struct pcpu_chunk *chunk, int size, int align)
376 {
377         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
378         int max_contig = 0;
379         int i, off;
380
381         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++])) {
382                 bool is_last = i + 1 == chunk->map_used;
383                 int head, tail;
384
385                 /* extra for alignment requirement */
386                 head = ALIGN(off, align) - off;
387                 BUG_ON(i == 0 && head != 0);
388
389                 if (chunk->map[i] < 0)
390                         continue;
391                 if (chunk->map[i] < head + size) {
392                         max_contig = max(chunk->map[i], max_contig);
393                         continue;
394                 }
395
396                 /*
397                  * If head is small or the previous block is free,
398                  * merge'em.  Note that 'small' is defined as smaller
399                  * than sizeof(int), which is very small but isn't too
400                  * uncommon for percpu allocations.
401                  */
402                 if (head && (head < sizeof(int) || chunk->map[i - 1] > 0)) {
403                         if (chunk->map[i - 1] > 0)
404                                 chunk->map[i - 1] += head;
405                         else {
406                                 chunk->map[i - 1] -= head;
407                                 chunk->free_size -= head;
408                         }
409                         chunk->map[i] -= head;
410                         off += head;
411                         head = 0;
412                 }
413
414                 /* if tail is small, just keep it around */
415                 tail = chunk->map[i] - head - size;
416                 if (tail < sizeof(int))
417                         tail = 0;
418
419                 /* split if warranted */
420                 if (head || tail) {
421                         if (pcpu_split_block(chunk, i, head, tail))
422                                 return -ENOMEM;
423                         if (head) {
424                                 i++;
425                                 off += head;
426                                 max_contig = max(chunk->map[i - 1], max_contig);
427                         }
428                         if (tail)
429                                 max_contig = max(chunk->map[i + 1], max_contig);
430                 }
431
432                 /* update hint and mark allocated */
433                 if (is_last)
434                         chunk->contig_hint = max_contig; /* fully scanned */
435                 else
436                         chunk->contig_hint = max(chunk->contig_hint,
437                                                  max_contig);
438
439                 chunk->free_size -= chunk->map[i];
440                 chunk->map[i] = -chunk->map[i];
441
442                 pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
443                 return off;
444         }
445
446         chunk->contig_hint = max_contig;        /* fully scanned */
447         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
448
449         /*
450          * Tell the upper layer that this chunk has no area left.
451          * Note that this is not an error condition but a notification
452          * to upper layer that it needs to look at other chunks.
453          * -ENOSPC is chosen as it isn't used in memory subsystem and
454          * matches the meaning in a way.
455          */
456         return -ENOSPC;
457 }
458
459 /**
460  * pcpu_free_area - free area to a pcpu_chunk
461  * @chunk: chunk of interest
462  * @freeme: offset of area to free
463  *
464  * Free area starting from @freeme to @chunk.  Note that this function
465  * only modifies the allocation map.  It doesn't depopulate or unmap
466  * the area.
467  */
468 static void pcpu_free_area(struct pcpu_chunk *chunk, int freeme)
469 {
470         int oslot = pcpu_chunk_slot(chunk);
471         int i, off;
472
473         for (i = 0, off = 0; i < chunk->map_used; off += abs(chunk->map[i++]))
474                 if (off == freeme)
475                         break;
476         BUG_ON(off != freeme);
477         BUG_ON(chunk->map[i] > 0);
478
479         chunk->map[i] = -chunk->map[i];
480         chunk->free_size += chunk->map[i];
481
482         /* merge with previous? */
483         if (i > 0 && chunk->map[i - 1] >= 0) {
484                 chunk->map[i - 1] += chunk->map[i];
485                 chunk->map_used--;
486                 memmove(&chunk->map[i], &chunk->map[i + 1],
487                         (chunk->map_used - i) * sizeof(chunk->map[0]));
488                 i--;
489         }
490         /* merge with next? */
491         if (i + 1 < chunk->map_used && chunk->map[i + 1] >= 0) {
492                 chunk->map[i] += chunk->map[i + 1];
493                 chunk->map_used--;
494                 memmove(&chunk->map[i + 1], &chunk->map[i + 2],
495                         (chunk->map_used - (i + 1)) * sizeof(chunk->map[0]));
496         }
497
498         chunk->contig_hint = max(chunk->map[i], chunk->contig_hint);
499         pcpu_chunk_relocate(chunk, oslot);
500 }
501
502 /**
503  * pcpu_unmap - unmap pages out of a pcpu_chunk
504  * @chunk: chunk of interest
505  * @page_start: page index of the first page to unmap
506  * @page_end: page index of the last page to unmap + 1
507  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
508  *
509  * For each cpu, unmap pages [@page_start,@page_end) out of @chunk.
510  * If @flush is true, vcache is flushed before unmapping and tlb
511  * after.
512  */
513 static void pcpu_unmap(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end,
514                        bool flush)
515 {
516         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
517         unsigned int cpu;
518
519         /* unmap must not be done on immutable chunk */
520         WARN_ON(chunk->immutable);
521
522         /*
523          * Each flushing trial can be very expensive, issue flush on
524          * the whole region at once rather than doing it for each cpu.
525          * This could be an overkill but is more scalable.
526          */
527         if (flush)
528                 flush_cache_vunmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
529                                    pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
530
531         for_each_possible_cpu(cpu)
532                 unmap_kernel_range_noflush(
533                                 pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
534                                 (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT);
535
536         /* ditto as flush_cache_vunmap() */
537         if (flush)
538                 flush_tlb_kernel_range(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
539                                        pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
540 }
541
542 /**
543  * pcpu_depopulate_chunk - depopulate and unmap an area of a pcpu_chunk
544  * @chunk: chunk to depopulate
545  * @off: offset to the area to depopulate
546  * @size: size of the area to depopulate in bytes
547  * @flush: whether to flush cache and tlb or not
548  *
549  * For each cpu, depopulate and unmap pages [@page_start,@page_end)
550  * from @chunk.  If @flush is true, vcache is flushed before unmapping
551  * and tlb after.
552  */
553 static void pcpu_depopulate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size,
554                                   bool flush)
555 {
556         int page_start = PFN_DOWN(off);
557         int page_end = PFN_UP(off + size);
558         int unmap_start = -1;
559         int uninitialized_var(unmap_end);
560         unsigned int cpu;
561         int i;
562
563         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
564                 for_each_possible_cpu(cpu) {
565                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
566
567                         if (!*pagep)
568                                 continue;
569
570                         __free_page(*pagep);
571
572                         /*
573                          * If it's partial depopulation, it might get
574                          * populated or depopulated again.  Mark the
575                          * page gone.
576                          */
577                         *pagep = NULL;
578
579                         unmap_start = unmap_start < 0 ? i : unmap_start;
580                         unmap_end = i + 1;
581                 }
582         }
583
584         if (unmap_start >= 0)
585                 pcpu_unmap(chunk, unmap_start, unmap_end, flush);
586 }
587
588 /**
589  * pcpu_map - map pages into a pcpu_chunk
590  * @chunk: chunk of interest
591  * @page_start: page index of the first page to map
592  * @page_end: page index of the last page to map + 1
593  *
594  * For each cpu, map pages [@page_start,@page_end) into @chunk.
595  * vcache is flushed afterwards.
596  */
597 static int pcpu_map(struct pcpu_chunk *chunk, int page_start, int page_end)
598 {
599         unsigned int last = num_possible_cpus() - 1;
600         unsigned int cpu;
601         int err;
602
603         /* map must not be done on immutable chunk */
604         WARN_ON(chunk->immutable);
605
606         for_each_possible_cpu(cpu) {
607                 err = map_kernel_range_noflush(
608                                 pcpu_chunk_addr(chunk, cpu, page_start),
609                                 (page_end - page_start) << PAGE_SHIFT,
610                                 PAGE_KERNEL,
611                                 pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, page_start));
612                 if (err < 0)
613                         return err;
614         }
615
616         /* flush at once, please read comments in pcpu_unmap() */
617         flush_cache_vmap(pcpu_chunk_addr(chunk, 0, page_start),
618                          pcpu_chunk_addr(chunk, last, page_end));
619         return 0;
620 }
621
622 /**
623  * pcpu_populate_chunk - populate and map an area of a pcpu_chunk
624  * @chunk: chunk of interest
625  * @off: offset to the area to populate
626  * @size: size of the area to populate in bytes
627  *
628  * For each cpu, populate and map pages [@page_start,@page_end) into
629  * @chunk.  The area is cleared on return.
630  */
631 static int pcpu_populate_chunk(struct pcpu_chunk *chunk, int off, int size)
632 {
633         const gfp_t alloc_mask = GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_COLD;
634         int page_start = PFN_DOWN(off);
635         int page_end = PFN_UP(off + size);
636         int map_start = -1;
637         int uninitialized_var(map_end);
638         unsigned int cpu;
639         int i;
640
641         for (i = page_start; i < page_end; i++) {
642                 if (pcpu_chunk_page_occupied(chunk, i)) {
643                         if (map_start >= 0) {
644                                 if (pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
645                                         goto err;
646                                 map_start = -1;
647                         }
648                         continue;
649                 }
650
651                 map_start = map_start < 0 ? i : map_start;
652                 map_end = i + 1;
653
654                 for_each_possible_cpu(cpu) {
655                         struct page **pagep = pcpu_chunk_pagep(chunk, cpu, i);
656
657                         *pagep = alloc_pages_node(cpu_to_node(cpu),
658                                                   alloc_mask, 0);
659                         if (!*pagep)
660                                 goto err;
661                 }
662         }
663
664         if (map_start >= 0 && pcpu_map(chunk, map_start, map_end))
665                 goto err;
666
667         for_each_possible_cpu(cpu)
668                 memset(chunk->vm->addr + cpu * pcpu_unit_size + off, 0,
669                        size);
670
671         return 0;
672 err:
673         /* likely under heavy memory pressure, give memory back */
674         pcpu_depopulate_chunk(chunk, off, size, true);
675         return -ENOMEM;
676 }
677
678 static void free_pcpu_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
679 {
680         if (!chunk)
681                 return;
682         if (chunk->vm)
683                 free_vm_area(chunk->vm);
684         pcpu_realloc(chunk->map, chunk->map_alloc * sizeof(chunk->map[0]), 0);
685         kfree(chunk);
686 }
687
688 static struct pcpu_chunk *alloc_pcpu_chunk(void)
689 {
690         struct pcpu_chunk *chunk;
691
692         chunk = kzalloc(pcpu_chunk_struct_size, GFP_KERNEL);
693         if (!chunk)
694                 return NULL;
695
696         chunk->map = pcpu_realloc(NULL, 0,
697                                   PCPU_DFL_MAP_ALLOC * sizeof(chunk->map[0]));
698         chunk->map_alloc = PCPU_DFL_MAP_ALLOC;
699         chunk->map[chunk->map_used++] = pcpu_unit_size;
700         chunk->page = chunk->page_ar;
701
702         chunk->vm = get_vm_area(pcpu_chunk_size, GFP_KERNEL);
703         if (!chunk->vm) {
704                 free_pcpu_chunk(chunk);
705                 return NULL;
706         }
707
708         INIT_LIST_HEAD(&chunk->list);
709         chunk->free_size = pcpu_unit_size;
710         chunk->contig_hint = pcpu_unit_size;
711
712         return chunk;
713 }
714
715 /**
716  * __alloc_percpu - allocate percpu area
717  * @size: size of area to allocate in bytes
718  * @align: alignment of area (max PAGE_SIZE)
719  *
720  * Allocate percpu area of @size bytes aligned at @align.  Might
721  * sleep.  Might trigger writeouts.
722  *
723  * RETURNS:
724  * Percpu pointer to the allocated area on success, NULL on failure.
725  */
726 void *__alloc_percpu(size_t size, size_t align)
727 {
728         void *ptr = NULL;
729         struct pcpu_chunk *chunk;
730         int slot, off;
731
732         if (unlikely(!size || size > PCPU_MIN_UNIT_SIZE || align > PAGE_SIZE)) {
733                 WARN(true, "illegal size (%zu) or align (%zu) for "
734                      "percpu allocation\n", size, align);
735                 return NULL;
736         }
737
738         mutex_lock(&pcpu_mutex);
739
740         /* allocate area */
741         for (slot = pcpu_size_to_slot(size); slot < pcpu_nr_slots; slot++) {
742                 list_for_each_entry(chunk, &pcpu_slot[slot], list) {
743                         if (size > chunk->contig_hint)
744                                 continue;
745                         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
746                         if (off >= 0)
747                                 goto area_found;
748                         if (off != -ENOSPC)
749                                 goto out_unlock;
750                 }
751         }
752
753         /* hmmm... no space left, create a new chunk */
754         chunk = alloc_pcpu_chunk();
755         if (!chunk)
756                 goto out_unlock;
757         pcpu_chunk_relocate(chunk, -1);
758         pcpu_chunk_addr_insert(chunk);
759
760         off = pcpu_alloc_area(chunk, size, align);
761         if (off < 0)
762                 goto out_unlock;
763
764 area_found:
765         /* populate, map and clear the area */
766         if (pcpu_populate_chunk(chunk, off, size)) {
767                 pcpu_free_area(chunk, off);
768                 goto out_unlock;
769         }
770
771         ptr = __addr_to_pcpu_ptr(chunk->vm->addr + off);
772 out_unlock:
773         mutex_unlock(&pcpu_mutex);
774         return ptr;
775 }
776 EXPORT_SYMBOL_GPL(__alloc_percpu);
777
778 static void pcpu_kill_chunk(struct pcpu_chunk *chunk)
779 {
780         WARN_ON(chunk->immutable);
781         pcpu_depopulate_chunk(chunk, 0, pcpu_unit_size, false);
782         list_del(&chunk->list);
783         rb_erase(&chunk->rb_node, &pcpu_addr_root);
784         free_pcpu_chunk(chunk);
785 }
786
787 /**
788  * free_percpu - free percpu area
789  * @ptr: pointer to area to free
790  *
791  * Free percpu area @ptr.  Might sleep.
792  */
793 void free_percpu(void *ptr)
794 {
795         void *addr = __pcpu_ptr_to_addr(ptr);
796         struct pcpu_chunk *chunk;
797         int off;
798
799         if (!ptr)
800                 return;
801
802         mutex_lock(&pcpu_mutex);
803
804         chunk = pcpu_chunk_addr_search(addr);
805         off = addr - chunk->vm->addr;
806
807         pcpu_free_area(chunk, off);
808
809         /* the chunk became fully free, kill one if there are other free ones */
810         if (chunk->free_size == pcpu_unit_size) {
811                 struct pcpu_chunk *pos;
812
813                 list_for_each_entry(pos,
814                                     &pcpu_slot[pcpu_chunk_slot(chunk)], list)
815                         if (pos != chunk) {
816                                 pcpu_kill_chunk(pos);
817                                 break;
818                         }
819         }
820
821         mutex_unlock(&pcpu_mutex);
822 }
823 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_percpu);
824
825 /**
826  * pcpu_setup_first_chunk - initialize the first percpu chunk
827  * @get_page_fn: callback to fetch page pointer
828  * @static_size: the size of static percpu area in bytes
829  * @unit_size: unit size in bytes, must be multiple of PAGE_SIZE, -1 for auto
830  * @dyn_size: free size for dynamic allocation in bytes, -1 for auto
831  * @base_addr: mapped address, NULL for auto
832  * @populate_pte_fn: callback to allocate pagetable, NULL if unnecessary
833  *
834  * Initialize the first percpu chunk which contains the kernel static
835  * perpcu area.  This function is to be called from arch percpu area
836  * setup path.  The first two parameters are mandatory.  The rest are
837  * optional.
838  *
839  * @get_page_fn() should return pointer to percpu page given cpu
840  * number and page number.  It should at least return enough pages to
841  * cover the static area.  The returned pages for static area should
842  * have been initialized with valid data.  If @unit_size is specified,
843  * it can also return pages after the static area.  NULL return
844  * indicates end of pages for the cpu.  Note that @get_page_fn() must
845  * return the same number of pages for all cpus.
846  *
847  * @unit_size, if non-negative, specifies unit size and must be
848  * aligned to PAGE_SIZE and equal to or larger than @static_size +
849  * @dyn_size.
850  *
851  * @dyn_size, if non-negative, limits the number of bytes available
852  * for dynamic allocation in the first chunk.  Specifying non-negative
853  * value make percpu leave alone the area beyond @static_size +
854  * @dyn_size.
855  *
856  * Non-null @base_addr means that the caller already allocated virtual
857  * region for the first chunk and mapped it.  percpu must not mess
858  * with the chunk.  Note that @base_addr with 0 @unit_size or non-NULL
859  * @populate_pte_fn doesn't make any sense.
860  *
861  * @populate_pte_fn is used to populate the pagetable.  NULL means the
862  * caller already populated the pagetable.
863  *
864  * RETURNS:
865  * The determined pcpu_unit_size which can be used to initialize
866  * percpu access.
867  */
868 size_t __init pcpu_setup_first_chunk(pcpu_get_page_fn_t get_page_fn,
869                                      size_t static_size,
870                                      ssize_t unit_size, ssize_t dyn_size,
871                                      void *base_addr,
872                                      pcpu_populate_pte_fn_t populate_pte_fn)
873 {
874         static struct vm_struct first_vm;
875         static int smap[2];
876         struct pcpu_chunk *schunk;
877         unsigned int cpu;
878         int nr_pages;
879         int err, i;
880
881         /* santiy checks */
882         BUILD_BUG_ON(ARRAY_SIZE(smap) >= PCPU_DFL_MAP_ALLOC);
883         BUG_ON(!static_size);
884         if (unit_size >= 0) {
885                 BUG_ON(unit_size < static_size +
886                                    (dyn_size >= 0 ? dyn_size : 0));
887                 BUG_ON(unit_size & ~PAGE_MASK);
888         } else {
889                 BUG_ON(dyn_size >= 0);
890                 BUG_ON(base_addr);
891         }
892         BUG_ON(base_addr && populate_pte_fn);
893
894         if (unit_size >= 0)
895                 pcpu_unit_pages = unit_size >> PAGE_SHIFT;
896         else
897                 pcpu_unit_pages = max_t(int, PCPU_MIN_UNIT_SIZE >> PAGE_SHIFT,
898                                         PFN_UP(static_size));
899
900         pcpu_unit_size = pcpu_unit_pages << PAGE_SHIFT;
901         pcpu_chunk_size = num_possible_cpus() * pcpu_unit_size;
902         pcpu_chunk_struct_size = sizeof(struct pcpu_chunk)
903                 + num_possible_cpus() * pcpu_unit_pages * sizeof(struct page *);
904
905         if (dyn_size < 0)
906                 dyn_size = pcpu_unit_size - static_size;
907
908         /*
909          * Allocate chunk slots.  The additional last slot is for
910          * empty chunks.
911          */
912         pcpu_nr_slots = __pcpu_size_to_slot(pcpu_unit_size) + 2;
913         pcpu_slot = alloc_bootmem(pcpu_nr_slots * sizeof(pcpu_slot[0]));
914         for (i = 0; i < pcpu_nr_slots; i++)
915                 INIT_LIST_HEAD(&pcpu_slot[i]);
916
917         /* init static chunk */
918         schunk = alloc_bootmem(pcpu_chunk_struct_size);
919         INIT_LIST_HEAD(&schunk->list);
920         schunk->vm = &first_vm;
921         schunk->map = smap;
922         schunk->map_alloc = ARRAY_SIZE(smap);
923         schunk->page = schunk->page_ar;
924         schunk->free_size = dyn_size;
925         schunk->contig_hint = schunk->free_size;
926
927         schunk->map[schunk->map_used++] = -static_size;
928         if (schunk->free_size)
929                 schunk->map[schunk->map_used++] = schunk->free_size;
930
931         /* allocate vm address */
932         first_vm.flags = VM_ALLOC;
933         first_vm.size = pcpu_chunk_size;
934
935         if (!base_addr)
936                 vm_area_register_early(&first_vm, PAGE_SIZE);
937         else {
938                 /*
939                  * Pages already mapped.  No need to remap into
940                  * vmalloc area.  In this case the static chunk can't
941                  * be mapped or unmapped by percpu and is marked
942                  * immutable.
943                  */
944                 first_vm.addr = base_addr;
945                 schunk->immutable = true;
946         }
947
948         /* assign pages */
949         nr_pages = -1;
950         for_each_possible_cpu(cpu) {
951                 for (i = 0; i < pcpu_unit_pages; i++) {
952                         struct page *page = get_page_fn(cpu, i);
953
954                         if (!page)
955                                 break;
956                         *pcpu_chunk_pagep(schunk, cpu, i) = page;
957                 }
958
959                 BUG_ON(i < PFN_UP(static_size));
960
961                 if (nr_pages < 0)
962                         nr_pages = i;
963                 else
964                         BUG_ON(nr_pages != i);
965         }
966
967         /* map them */
968         if (populate_pte_fn) {
969                 for_each_possible_cpu(cpu)
970                         for (i = 0; i < nr_pages; i++)
971                                 populate_pte_fn(pcpu_chunk_addr(schunk,
972                                                                 cpu, i));
973
974                 err = pcpu_map(schunk, 0, nr_pages);
975                 if (err)
976                         panic("failed to setup static percpu area, err=%d\n",
977                               err);
978         }
979
980         /* link the first chunk in */
981         pcpu_chunk_relocate(schunk, -1);
982         pcpu_chunk_addr_insert(schunk);
983
984         /* we're done */
985         pcpu_base_addr = (void *)pcpu_chunk_addr(schunk, 0, 0);
986         return pcpu_unit_size;
987 }