mm, vmalloc: constify allocation mask
[cascardo/linux.git] / mm / vmalloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmalloc.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
5  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
6  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
7  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
8  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
9  */
10
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <linux/sched.h>
16 #include <linux/slab.h>
17 #include <linux/spinlock.h>
18 #include <linux/interrupt.h>
19 #include <linux/proc_fs.h>
20 #include <linux/seq_file.h>
21 #include <linux/debugobjects.h>
22 #include <linux/kallsyms.h>
23 #include <linux/list.h>
24 #include <linux/rbtree.h>
25 #include <linux/radix-tree.h>
26 #include <linux/rcupdate.h>
27 #include <linux/pfn.h>
28 #include <linux/kmemleak.h>
29 #include <linux/atomic.h>
30 #include <linux/compiler.h>
31 #include <linux/llist.h>
32
33 #include <asm/uaccess.h>
34 #include <asm/tlbflush.h>
35 #include <asm/shmparam.h>
36
37 struct vfree_deferred {
38         struct llist_head list;
39         struct work_struct wq;
40 };
41 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
42
43 static void __vunmap(const void *, int);
44
45 static void free_work(struct work_struct *w)
46 {
47         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
48         struct llist_node *llnode = llist_del_all(&p->list);
49         while (llnode) {
50                 void *p = llnode;
51                 llnode = llist_next(llnode);
52                 __vunmap(p, 1);
53         }
54 }
55
56 /*** Page table manipulation functions ***/
57
58 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end)
59 {
60         pte_t *pte;
61
62         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
63         do {
64                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
65                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
66         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
67 }
68
69 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end)
70 {
71         pmd_t *pmd;
72         unsigned long next;
73
74         pmd = pmd_offset(pud, addr);
75         do {
76                 next = pmd_addr_end(addr, end);
77                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
78                         continue;
79                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next);
80         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
81 }
82
83 static void vunmap_pud_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end)
84 {
85         pud_t *pud;
86         unsigned long next;
87
88         pud = pud_offset(pgd, addr);
89         do {
90                 next = pud_addr_end(addr, end);
91                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
92                         continue;
93                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next);
94         } while (pud++, addr = next, addr != end);
95 }
96
97 static void vunmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end)
98 {
99         pgd_t *pgd;
100         unsigned long next;
101
102         BUG_ON(addr >= end);
103         pgd = pgd_offset_k(addr);
104         do {
105                 next = pgd_addr_end(addr, end);
106                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
107                         continue;
108                 vunmap_pud_range(pgd, addr, next);
109         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
110 }
111
112 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
113                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
114 {
115         pte_t *pte;
116
117         /*
118          * nr is a running index into the array which helps higher level
119          * callers keep track of where we're up to.
120          */
121
122         pte = pte_alloc_kernel(pmd, addr);
123         if (!pte)
124                 return -ENOMEM;
125         do {
126                 struct page *page = pages[*nr];
127
128                 if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))
129                         return -EBUSY;
130                 if (WARN_ON(!page))
131                         return -ENOMEM;
132                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
133                 (*nr)++;
134         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
135         return 0;
136 }
137
138 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
139                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
140 {
141         pmd_t *pmd;
142         unsigned long next;
143
144         pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, addr);
145         if (!pmd)
146                 return -ENOMEM;
147         do {
148                 next = pmd_addr_end(addr, end);
149                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr))
150                         return -ENOMEM;
151         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
152         return 0;
153 }
154
155 static int vmap_pud_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
156                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
157 {
158         pud_t *pud;
159         unsigned long next;
160
161         pud = pud_alloc(&init_mm, pgd, addr);
162         if (!pud)
163                 return -ENOMEM;
164         do {
165                 next = pud_addr_end(addr, end);
166                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr))
167                         return -ENOMEM;
168         } while (pud++, addr = next, addr != end);
169         return 0;
170 }
171
172 /*
173  * Set up page tables in kva (addr, end). The ptes shall have prot "prot", and
174  * will have pfns corresponding to the "pages" array.
175  *
176  * Ie. pte at addr+N*PAGE_SIZE shall point to pfn corresponding to pages[N]
177  */
178 static int vmap_page_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end,
179                                    pgprot_t prot, struct page **pages)
180 {
181         pgd_t *pgd;
182         unsigned long next;
183         unsigned long addr = start;
184         int err = 0;
185         int nr = 0;
186
187         BUG_ON(addr >= end);
188         pgd = pgd_offset_k(addr);
189         do {
190                 next = pgd_addr_end(addr, end);
191                 err = vmap_pud_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr);
192                 if (err)
193                         return err;
194         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
195
196         return nr;
197 }
198
199 static int vmap_page_range(unsigned long start, unsigned long end,
200                            pgprot_t prot, struct page **pages)
201 {
202         int ret;
203
204         ret = vmap_page_range_noflush(start, end, prot, pages);
205         flush_cache_vmap(start, end);
206         return ret;
207 }
208
209 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
210 {
211         /*
212          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
213          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
214          * just put it in the vmalloc space.
215          */
216 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
217         unsigned long addr = (unsigned long)x;
218         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
219                 return 1;
220 #endif
221         return is_vmalloc_addr(x);
222 }
223
224 /*
225  * Walk a vmap address to the struct page it maps.
226  */
227 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
228 {
229         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
230         struct page *page = NULL;
231         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
232
233         /*
234          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
235          * architectures that do not vmalloc module space
236          */
237         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
238
239         if (!pgd_none(*pgd)) {
240                 pud_t *pud = pud_offset(pgd, addr);
241                 if (!pud_none(*pud)) {
242                         pmd_t *pmd = pmd_offset(pud, addr);
243                         if (!pmd_none(*pmd)) {
244                                 pte_t *ptep, pte;
245
246                                 ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
247                                 pte = *ptep;
248                                 if (pte_present(pte))
249                                         page = pte_page(pte);
250                                 pte_unmap(ptep);
251                         }
252                 }
253         }
254         return page;
255 }
256 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
257
258 /*
259  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
260  */
261 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
262 {
263         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
264 }
265 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
266
267
268 /*** Global kva allocator ***/
269
270 #define VM_LAZY_FREE    0x01
271 #define VM_LAZY_FREEING 0x02
272 #define VM_VM_AREA      0x04
273
274 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
275 /* Export for kexec only */
276 LIST_HEAD(vmap_area_list);
277 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
278
279 /* The vmap cache globals are protected by vmap_area_lock */
280 static struct rb_node *free_vmap_cache;
281 static unsigned long cached_hole_size;
282 static unsigned long cached_vstart;
283 static unsigned long cached_align;
284
285 static unsigned long vmap_area_pcpu_hole;
286
287 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr)
288 {
289         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
290
291         while (n) {
292                 struct vmap_area *va;
293
294                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
295                 if (addr < va->va_start)
296                         n = n->rb_left;
297                 else if (addr >= va->va_end)
298                         n = n->rb_right;
299                 else
300                         return va;
301         }
302
303         return NULL;
304 }
305
306 static void __insert_vmap_area(struct vmap_area *va)
307 {
308         struct rb_node **p = &vmap_area_root.rb_node;
309         struct rb_node *parent = NULL;
310         struct rb_node *tmp;
311
312         while (*p) {
313                 struct vmap_area *tmp_va;
314
315                 parent = *p;
316                 tmp_va = rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node);
317                 if (va->va_start < tmp_va->va_end)
318                         p = &(*p)->rb_left;
319                 else if (va->va_end > tmp_va->va_start)
320                         p = &(*p)->rb_right;
321                 else
322                         BUG();
323         }
324
325         rb_link_node(&va->rb_node, parent, p);
326         rb_insert_color(&va->rb_node, &vmap_area_root);
327
328         /* address-sort this list */
329         tmp = rb_prev(&va->rb_node);
330         if (tmp) {
331                 struct vmap_area *prev;
332                 prev = rb_entry(tmp, struct vmap_area, rb_node);
333                 list_add_rcu(&va->list, &prev->list);
334         } else
335                 list_add_rcu(&va->list, &vmap_area_list);
336 }
337
338 static void purge_vmap_area_lazy(void);
339
340 /*
341  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
342  * vstart and vend.
343  */
344 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
345                                 unsigned long align,
346                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
347                                 int node, gfp_t gfp_mask)
348 {
349         struct vmap_area *va;
350         struct rb_node *n;
351         unsigned long addr;
352         int purged = 0;
353         struct vmap_area *first;
354
355         BUG_ON(!size);
356         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
357         BUG_ON(!is_power_of_2(align));
358
359         va = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_area),
360                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
361         if (unlikely(!va))
362                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
363
364         /*
365          * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
366          * to avoid false negatives.
367          */
368         kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK);
369
370 retry:
371         spin_lock(&vmap_area_lock);
372         /*
373          * Invalidate cache if we have more permissive parameters.
374          * cached_hole_size notes the largest hole noticed _below_
375          * the vmap_area cached in free_vmap_cache: if size fits
376          * into that hole, we want to scan from vstart to reuse
377          * the hole instead of allocating above free_vmap_cache.
378          * Note that __free_vmap_area may update free_vmap_cache
379          * without updating cached_hole_size or cached_align.
380          */
381         if (!free_vmap_cache ||
382                         size < cached_hole_size ||
383                         vstart < cached_vstart ||
384                         align < cached_align) {
385 nocache:
386                 cached_hole_size = 0;
387                 free_vmap_cache = NULL;
388         }
389         /* record if we encounter less permissive parameters */
390         cached_vstart = vstart;
391         cached_align = align;
392
393         /* find starting point for our search */
394         if (free_vmap_cache) {
395                 first = rb_entry(free_vmap_cache, struct vmap_area, rb_node);
396                 addr = ALIGN(first->va_end, align);
397                 if (addr < vstart)
398                         goto nocache;
399                 if (addr + size < addr)
400                         goto overflow;
401
402         } else {
403                 addr = ALIGN(vstart, align);
404                 if (addr + size < addr)
405                         goto overflow;
406
407                 n = vmap_area_root.rb_node;
408                 first = NULL;
409
410                 while (n) {
411                         struct vmap_area *tmp;
412                         tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
413                         if (tmp->va_end >= addr) {
414                                 first = tmp;
415                                 if (tmp->va_start <= addr)
416                                         break;
417                                 n = n->rb_left;
418                         } else
419                                 n = n->rb_right;
420                 }
421
422                 if (!first)
423                         goto found;
424         }
425
426         /* from the starting point, walk areas until a suitable hole is found */
427         while (addr + size > first->va_start && addr + size <= vend) {
428                 if (addr + cached_hole_size < first->va_start)
429                         cached_hole_size = first->va_start - addr;
430                 addr = ALIGN(first->va_end, align);
431                 if (addr + size < addr)
432                         goto overflow;
433
434                 if (list_is_last(&first->list, &vmap_area_list))
435                         goto found;
436
437                 first = list_entry(first->list.next,
438                                 struct vmap_area, list);
439         }
440
441 found:
442         if (addr + size > vend)
443                 goto overflow;
444
445         va->va_start = addr;
446         va->va_end = addr + size;
447         va->flags = 0;
448         __insert_vmap_area(va);
449         free_vmap_cache = &va->rb_node;
450         spin_unlock(&vmap_area_lock);
451
452         BUG_ON(va->va_start & (align-1));
453         BUG_ON(va->va_start < vstart);
454         BUG_ON(va->va_end > vend);
455
456         return va;
457
458 overflow:
459         spin_unlock(&vmap_area_lock);
460         if (!purged) {
461                 purge_vmap_area_lazy();
462                 purged = 1;
463                 goto retry;
464         }
465         if (printk_ratelimit())
466                 printk(KERN_WARNING
467                         "vmap allocation for size %lu failed: "
468                         "use vmalloc=<size> to increase size.\n", size);
469         kfree(va);
470         return ERR_PTR(-EBUSY);
471 }
472
473 static void __free_vmap_area(struct vmap_area *va)
474 {
475         BUG_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node));
476
477         if (free_vmap_cache) {
478                 if (va->va_end < cached_vstart) {
479                         free_vmap_cache = NULL;
480                 } else {
481                         struct vmap_area *cache;
482                         cache = rb_entry(free_vmap_cache, struct vmap_area, rb_node);
483                         if (va->va_start <= cache->va_start) {
484                                 free_vmap_cache = rb_prev(&va->rb_node);
485                                 /*
486                                  * We don't try to update cached_hole_size or
487                                  * cached_align, but it won't go very wrong.
488                                  */
489                         }
490                 }
491         }
492         rb_erase(&va->rb_node, &vmap_area_root);
493         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
494         list_del_rcu(&va->list);
495
496         /*
497          * Track the highest possible candidate for pcpu area
498          * allocation.  Areas outside of vmalloc area can be returned
499          * here too, consider only end addresses which fall inside
500          * vmalloc area proper.
501          */
502         if (va->va_end > VMALLOC_START && va->va_end <= VMALLOC_END)
503                 vmap_area_pcpu_hole = max(vmap_area_pcpu_hole, va->va_end);
504
505         kfree_rcu(va, rcu_head);
506 }
507
508 /*
509  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
510  */
511 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
512 {
513         spin_lock(&vmap_area_lock);
514         __free_vmap_area(va);
515         spin_unlock(&vmap_area_lock);
516 }
517
518 /*
519  * Clear the pagetable entries of a given vmap_area
520  */
521 static void unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
522 {
523         vunmap_page_range(va->va_start, va->va_end);
524 }
525
526 static void vmap_debug_free_range(unsigned long start, unsigned long end)
527 {
528         /*
529          * Unmap page tables and force a TLB flush immediately if
530          * CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC is set. This catches use after free
531          * bugs similarly to those in linear kernel virtual address
532          * space after a page has been freed.
533          *
534          * All the lazy freeing logic is still retained, in order to
535          * minimise intrusiveness of this debugging feature.
536          *
537          * This is going to be *slow* (linear kernel virtual address
538          * debugging doesn't do a broadcast TLB flush so it is a lot
539          * faster).
540          */
541 #ifdef CONFIG_DEBUG_PAGEALLOC
542         vunmap_page_range(start, end);
543         flush_tlb_kernel_range(start, end);
544 #endif
545 }
546
547 /*
548  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
549  * before attempting to purge with a TLB flush.
550  *
551  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
552  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
553  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
554  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
555  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
556  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
557  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
558  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
559  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
560  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
561  * becomes a problem on bigger systems.
562  */
563 static unsigned long lazy_max_pages(void)
564 {
565         unsigned int log;
566
567         log = fls(num_online_cpus());
568
569         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
570 }
571
572 static atomic_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_INIT(0);
573
574 /* for per-CPU blocks */
575 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
576
577 /*
578  * called before a call to iounmap() if the caller wants vm_area_struct's
579  * immediately freed.
580  */
581 void set_iounmap_nonlazy(void)
582 {
583         atomic_set(&vmap_lazy_nr, lazy_max_pages()+1);
584 }
585
586 /*
587  * Purges all lazily-freed vmap areas.
588  *
589  * If sync is 0 then don't purge if there is already a purge in progress.
590  * If force_flush is 1, then flush kernel TLBs between *start and *end even
591  * if we found no lazy vmap areas to unmap (callers can use this to optimise
592  * their own TLB flushing).
593  * Returns with *start = min(*start, lowest purged address)
594  *              *end = max(*end, highest purged address)
595  */
596 static void __purge_vmap_area_lazy(unsigned long *start, unsigned long *end,
597                                         int sync, int force_flush)
598 {
599         static DEFINE_SPINLOCK(purge_lock);
600         LIST_HEAD(valist);
601         struct vmap_area *va;
602         struct vmap_area *n_va;
603         int nr = 0;
604
605         /*
606          * If sync is 0 but force_flush is 1, we'll go sync anyway but callers
607          * should not expect such behaviour. This just simplifies locking for
608          * the case that isn't actually used at the moment anyway.
609          */
610         if (!sync && !force_flush) {
611                 if (!spin_trylock(&purge_lock))
612                         return;
613         } else
614                 spin_lock(&purge_lock);
615
616         if (sync)
617                 purge_fragmented_blocks_allcpus();
618
619         rcu_read_lock();
620         list_for_each_entry_rcu(va, &vmap_area_list, list) {
621                 if (va->flags & VM_LAZY_FREE) {
622                         if (va->va_start < *start)
623                                 *start = va->va_start;
624                         if (va->va_end > *end)
625                                 *end = va->va_end;
626                         nr += (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
627                         list_add_tail(&va->purge_list, &valist);
628                         va->flags |= VM_LAZY_FREEING;
629                         va->flags &= ~VM_LAZY_FREE;
630                 }
631         }
632         rcu_read_unlock();
633
634         if (nr)
635                 atomic_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
636
637         if (nr || force_flush)
638                 flush_tlb_kernel_range(*start, *end);
639
640         if (nr) {
641                 spin_lock(&vmap_area_lock);
642                 list_for_each_entry_safe(va, n_va, &valist, purge_list)
643                         __free_vmap_area(va);
644                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
645         }
646         spin_unlock(&purge_lock);
647 }
648
649 /*
650  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas. Don't bother if somebody
651  * is already purging.
652  */
653 static void try_purge_vmap_area_lazy(void)
654 {
655         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
656
657         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 0, 0);
658 }
659
660 /*
661  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas.
662  */
663 static void purge_vmap_area_lazy(void)
664 {
665         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
666
667         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 1, 0);
668 }
669
670 /*
671  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped
672  * and flush_cache_vunmap had been called for the correct range
673  * previously.
674  */
675 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
676 {
677         va->flags |= VM_LAZY_FREE;
678         atomic_add((va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
679         if (unlikely(atomic_read(&vmap_lazy_nr) > lazy_max_pages()))
680                 try_purge_vmap_area_lazy();
681 }
682
683 /*
684  * Free and unmap a vmap area, caller ensuring flush_cache_vunmap had been
685  * called for the correct range previously.
686  */
687 static void free_unmap_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
688 {
689         unmap_vmap_area(va);
690         free_vmap_area_noflush(va);
691 }
692
693 /*
694  * Free and unmap a vmap area
695  */
696 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
697 {
698         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
699         free_unmap_vmap_area_noflush(va);
700 }
701
702 static struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
703 {
704         struct vmap_area *va;
705
706         spin_lock(&vmap_area_lock);
707         va = __find_vmap_area(addr);
708         spin_unlock(&vmap_area_lock);
709
710         return va;
711 }
712
713 static void free_unmap_vmap_area_addr(unsigned long addr)
714 {
715         struct vmap_area *va;
716
717         va = find_vmap_area(addr);
718         BUG_ON(!va);
719         free_unmap_vmap_area(va);
720 }
721
722
723 /*** Per cpu kva allocator ***/
724
725 /*
726  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
727  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
728  */
729 /*
730  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
731  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
732  * instead (we just need a rough idea)
733  */
734 #if BITS_PER_LONG == 32
735 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
736 #else
737 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
738 #endif
739
740 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
741 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
742 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
743 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
744 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
745 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
746 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
747                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
748                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
749                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
750
751 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
752
753 static bool vmap_initialized __read_mostly = false;
754
755 struct vmap_block_queue {
756         spinlock_t lock;
757         struct list_head free;
758 };
759
760 struct vmap_block {
761         spinlock_t lock;
762         struct vmap_area *va;
763         unsigned long free, dirty;
764         DECLARE_BITMAP(dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
765         struct list_head free_list;
766         struct rcu_head rcu_head;
767         struct list_head purge;
768 };
769
770 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
771 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
772
773 /*
774  * Radix tree of vmap blocks, indexed by address, to quickly find a vmap block
775  * in the free path. Could get rid of this if we change the API to return a
776  * "cookie" from alloc, to be passed to free. But no big deal yet.
777  */
778 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_block_tree_lock);
779 static RADIX_TREE(vmap_block_tree, GFP_ATOMIC);
780
781 /*
782  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
783  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
784  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
785  * big problem.
786  */
787
788 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
789 {
790         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
791         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
792         return addr;
793 }
794
795 static struct vmap_block *new_vmap_block(gfp_t gfp_mask)
796 {
797         struct vmap_block_queue *vbq;
798         struct vmap_block *vb;
799         struct vmap_area *va;
800         unsigned long vb_idx;
801         int node, err;
802
803         node = numa_node_id();
804
805         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
806                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
807         if (unlikely(!vb))
808                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
809
810         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
811                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
812                                         node, gfp_mask);
813         if (IS_ERR(va)) {
814                 kfree(vb);
815                 return ERR_CAST(va);
816         }
817
818         err = radix_tree_preload(gfp_mask);
819         if (unlikely(err)) {
820                 kfree(vb);
821                 free_vmap_area(va);
822                 return ERR_PTR(err);
823         }
824
825         spin_lock_init(&vb->lock);
826         vb->va = va;
827         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS;
828         vb->dirty = 0;
829         bitmap_zero(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
830         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
831
832         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
833         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
834         err = radix_tree_insert(&vmap_block_tree, vb_idx, vb);
835         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
836         BUG_ON(err);
837         radix_tree_preload_end();
838
839         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
840         spin_lock(&vbq->lock);
841         list_add_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
842         spin_unlock(&vbq->lock);
843         put_cpu_var(vmap_block_queue);
844
845         return vb;
846 }
847
848 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
849 {
850         struct vmap_block *tmp;
851         unsigned long vb_idx;
852
853         vb_idx = addr_to_vb_idx(vb->va->va_start);
854         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
855         tmp = radix_tree_delete(&vmap_block_tree, vb_idx);
856         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
857         BUG_ON(tmp != vb);
858
859         free_vmap_area_noflush(vb->va);
860         kfree_rcu(vb, rcu_head);
861 }
862
863 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
864 {
865         LIST_HEAD(purge);
866         struct vmap_block *vb;
867         struct vmap_block *n_vb;
868         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
869
870         rcu_read_lock();
871         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
872
873                 if (!(vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS))
874                         continue;
875
876                 spin_lock(&vb->lock);
877                 if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
878                         vb->free = 0; /* prevent further allocs after releasing lock */
879                         vb->dirty = VMAP_BBMAP_BITS; /* prevent purging it again */
880                         bitmap_fill(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
881                         spin_lock(&vbq->lock);
882                         list_del_rcu(&vb->free_list);
883                         spin_unlock(&vbq->lock);
884                         spin_unlock(&vb->lock);
885                         list_add_tail(&vb->purge, &purge);
886                 } else
887                         spin_unlock(&vb->lock);
888         }
889         rcu_read_unlock();
890
891         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, &purge, purge) {
892                 list_del(&vb->purge);
893                 free_vmap_block(vb);
894         }
895 }
896
897 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
898 {
899         int cpu;
900
901         for_each_possible_cpu(cpu)
902                 purge_fragmented_blocks(cpu);
903 }
904
905 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
906 {
907         struct vmap_block_queue *vbq;
908         struct vmap_block *vb;
909         unsigned long addr = 0;
910         unsigned int order;
911
912         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
913         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
914         if (WARN_ON(size == 0)) {
915                 /*
916                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
917                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
918                  * early.
919                  */
920                 return NULL;
921         }
922         order = get_order(size);
923
924 again:
925         rcu_read_lock();
926         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
927         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
928                 int i;
929
930                 spin_lock(&vb->lock);
931                 if (vb->free < 1UL << order)
932                         goto next;
933
934                 i = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
935                 addr = vb->va->va_start + (i << PAGE_SHIFT);
936                 BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) !=
937                                 addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
938                 vb->free -= 1UL << order;
939                 if (vb->free == 0) {
940                         spin_lock(&vbq->lock);
941                         list_del_rcu(&vb->free_list);
942                         spin_unlock(&vbq->lock);
943                 }
944                 spin_unlock(&vb->lock);
945                 break;
946 next:
947                 spin_unlock(&vb->lock);
948         }
949
950         put_cpu_var(vmap_block_queue);
951         rcu_read_unlock();
952
953         if (!addr) {
954                 vb = new_vmap_block(gfp_mask);
955                 if (IS_ERR(vb))
956                         return vb;
957                 goto again;
958         }
959
960         return (void *)addr;
961 }
962
963 static void vb_free(const void *addr, unsigned long size)
964 {
965         unsigned long offset;
966         unsigned long vb_idx;
967         unsigned int order;
968         struct vmap_block *vb;
969
970         BUG_ON(size & ~PAGE_MASK);
971         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
972
973         flush_cache_vunmap((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
974
975         order = get_order(size);
976
977         offset = (unsigned long)addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1);
978
979         vb_idx = addr_to_vb_idx((unsigned long)addr);
980         rcu_read_lock();
981         vb = radix_tree_lookup(&vmap_block_tree, vb_idx);
982         rcu_read_unlock();
983         BUG_ON(!vb);
984
985         vunmap_page_range((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
986
987         spin_lock(&vb->lock);
988         BUG_ON(bitmap_allocate_region(vb->dirty_map, offset >> PAGE_SHIFT, order));
989
990         vb->dirty += 1UL << order;
991         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
992                 BUG_ON(vb->free);
993                 spin_unlock(&vb->lock);
994                 free_vmap_block(vb);
995         } else
996                 spin_unlock(&vb->lock);
997 }
998
999 /**
1000  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
1001  *
1002  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
1003  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
1004  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
1005  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
1006  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
1007  *
1008  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
1009  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
1010  * from the vmap layer.
1011  */
1012 void vm_unmap_aliases(void)
1013 {
1014         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
1015         int cpu;
1016         int flush = 0;
1017
1018         if (unlikely(!vmap_initialized))
1019                 return;
1020
1021         for_each_possible_cpu(cpu) {
1022                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1023                 struct vmap_block *vb;
1024
1025                 rcu_read_lock();
1026                 list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1027                         int i, j;
1028
1029                         spin_lock(&vb->lock);
1030                         i = find_first_bit(vb->dirty_map, VMAP_BBMAP_BITS);
1031                         if (i < VMAP_BBMAP_BITS) {
1032                                 unsigned long s, e;
1033
1034                                 j = find_last_bit(vb->dirty_map,
1035                                                         VMAP_BBMAP_BITS);
1036                                 j = j + 1; /* need exclusive index */
1037
1038                                 s = vb->va->va_start + (i << PAGE_SHIFT);
1039                                 e = vb->va->va_start + (j << PAGE_SHIFT);
1040                                 flush = 1;
1041
1042                                 if (s < start)
1043                                         start = s;
1044                                 if (e > end)
1045                                         end = e;
1046                         }
1047                         spin_unlock(&vb->lock);
1048                 }
1049                 rcu_read_unlock();
1050         }
1051
1052         __purge_vmap_area_lazy(&start, &end, 1, flush);
1053 }
1054 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
1055
1056 /**
1057  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
1058  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
1059  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
1060  */
1061 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
1062 {
1063         unsigned long size = count << PAGE_SHIFT;
1064         unsigned long addr = (unsigned long)mem;
1065
1066         BUG_ON(!addr);
1067         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
1068         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
1069         BUG_ON(addr & (PAGE_SIZE-1));
1070
1071         debug_check_no_locks_freed(mem, size);
1072         vmap_debug_free_range(addr, addr+size);
1073
1074         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC))
1075                 vb_free(mem, size);
1076         else
1077                 free_unmap_vmap_area_addr(addr);
1078 }
1079 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
1080
1081 /**
1082  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
1083  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
1084  * @count: number of pages
1085  * @node: prefer to allocate data structures on this node
1086  * @prot: memory protection to use. PAGE_KERNEL for regular RAM
1087  *
1088  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
1089  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
1090  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
1091  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
1092  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
1093  *
1094  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
1095  */
1096 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node, pgprot_t prot)
1097 {
1098         unsigned long size = count << PAGE_SHIFT;
1099         unsigned long addr;
1100         void *mem;
1101
1102         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
1103                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
1104                 if (IS_ERR(mem))
1105                         return NULL;
1106                 addr = (unsigned long)mem;
1107         } else {
1108                 struct vmap_area *va;
1109                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
1110                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END, node, GFP_KERNEL);
1111                 if (IS_ERR(va))
1112                         return NULL;
1113
1114                 addr = va->va_start;
1115                 mem = (void *)addr;
1116         }
1117         if (vmap_page_range(addr, addr + size, prot, pages) < 0) {
1118                 vm_unmap_ram(mem, count);
1119                 return NULL;
1120         }
1121         return mem;
1122 }
1123 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
1124
1125 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
1126 /**
1127  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
1128  * @vm: vm_struct to add
1129  *
1130  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
1131  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
1132  * should contain proper values and the other fields should be zero.
1133  *
1134  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
1135  */
1136 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
1137 {
1138         struct vm_struct *tmp, **p;
1139
1140         BUG_ON(vmap_initialized);
1141         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
1142                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
1143                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
1144                         break;
1145                 } else
1146                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
1147         }
1148         vm->next = *p;
1149         *p = vm;
1150 }
1151
1152 /**
1153  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
1154  * @vm: vm_struct to register
1155  * @align: requested alignment
1156  *
1157  * This function is used to register kernel vm area before
1158  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
1159  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
1160  * vm->addr contains the allocated address.
1161  *
1162  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
1163  */
1164 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
1165 {
1166         static size_t vm_init_off __initdata;
1167         unsigned long addr;
1168
1169         addr = ALIGN(VMALLOC_START + vm_init_off, align);
1170         vm_init_off = PFN_ALIGN(addr + vm->size) - VMALLOC_START;
1171
1172         vm->addr = (void *)addr;
1173
1174         vm_area_add_early(vm);
1175 }
1176
1177 void __init vmalloc_init(void)
1178 {
1179         struct vmap_area *va;
1180         struct vm_struct *tmp;
1181         int i;
1182
1183         for_each_possible_cpu(i) {
1184                 struct vmap_block_queue *vbq;
1185                 struct vfree_deferred *p;
1186
1187                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
1188                 spin_lock_init(&vbq->lock);
1189                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
1190                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
1191                 init_llist_head(&p->list);
1192                 INIT_WORK(&p->wq, free_work);
1193         }
1194
1195         /* Import existing vmlist entries. */
1196         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
1197                 va = kzalloc(sizeof(struct vmap_area), GFP_NOWAIT);
1198                 va->flags = VM_VM_AREA;
1199                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
1200                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
1201                 va->vm = tmp;
1202                 __insert_vmap_area(va);
1203         }
1204
1205         vmap_area_pcpu_hole = VMALLOC_END;
1206
1207         vmap_initialized = true;
1208 }
1209
1210 /**
1211  * map_kernel_range_noflush - map kernel VM area with the specified pages
1212  * @addr: start of the VM area to map
1213  * @size: size of the VM area to map
1214  * @prot: page protection flags to use
1215  * @pages: pages to map
1216  *
1217  * Map PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1218  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1219  * friends.
1220  *
1221  * NOTE:
1222  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1223  * responsible for calling flush_cache_vmap() on to-be-mapped areas
1224  * before calling this function.
1225  *
1226  * RETURNS:
1227  * The number of pages mapped on success, -errno on failure.
1228  */
1229 int map_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size,
1230                              pgprot_t prot, struct page **pages)
1231 {
1232         return vmap_page_range_noflush(addr, addr + size, prot, pages);
1233 }
1234
1235 /**
1236  * unmap_kernel_range_noflush - unmap kernel VM area
1237  * @addr: start of the VM area to unmap
1238  * @size: size of the VM area to unmap
1239  *
1240  * Unmap PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1241  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1242  * friends.
1243  *
1244  * NOTE:
1245  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1246  * responsible for calling flush_cache_vunmap() on to-be-mapped areas
1247  * before calling this function and flush_tlb_kernel_range() after.
1248  */
1249 void unmap_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size)
1250 {
1251         vunmap_page_range(addr, addr + size);
1252 }
1253 EXPORT_SYMBOL_GPL(unmap_kernel_range_noflush);
1254
1255 /**
1256  * unmap_kernel_range - unmap kernel VM area and flush cache and TLB
1257  * @addr: start of the VM area to unmap
1258  * @size: size of the VM area to unmap
1259  *
1260  * Similar to unmap_kernel_range_noflush() but flushes vcache before
1261  * the unmapping and tlb after.
1262  */
1263 void unmap_kernel_range(unsigned long addr, unsigned long size)
1264 {
1265         unsigned long end = addr + size;
1266
1267         flush_cache_vunmap(addr, end);
1268         vunmap_page_range(addr, end);
1269         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
1270 }
1271 EXPORT_SYMBOL_GPL(unmap_kernel_range);
1272
1273 int map_vm_area(struct vm_struct *area, pgprot_t prot, struct page ***pages)
1274 {
1275         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
1276         unsigned long end = addr + get_vm_area_size(area);
1277         int err;
1278
1279         err = vmap_page_range(addr, end, prot, *pages);
1280         if (err > 0) {
1281                 *pages += err;
1282                 err = 0;
1283         }
1284
1285         return err;
1286 }
1287 EXPORT_SYMBOL_GPL(map_vm_area);
1288
1289 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
1290                               unsigned long flags, const void *caller)
1291 {
1292         spin_lock(&vmap_area_lock);
1293         vm->flags = flags;
1294         vm->addr = (void *)va->va_start;
1295         vm->size = va->va_end - va->va_start;
1296         vm->caller = caller;
1297         va->vm = vm;
1298         va->flags |= VM_VM_AREA;
1299         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1300 }
1301
1302 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
1303 {
1304         /*
1305          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
1306          * we should make sure that vm has proper values.
1307          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
1308          */
1309         smp_wmb();
1310         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
1311 }
1312
1313 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
1314                 unsigned long align, unsigned long flags, unsigned long start,
1315                 unsigned long end, int node, gfp_t gfp_mask, const void *caller)
1316 {
1317         struct vmap_area *va;
1318         struct vm_struct *area;
1319
1320         BUG_ON(in_interrupt());
1321         if (flags & VM_IOREMAP)
1322                 align = 1ul << clamp(fls(size), PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
1323
1324         size = PAGE_ALIGN(size);
1325         if (unlikely(!size))
1326                 return NULL;
1327
1328         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1329         if (unlikely(!area))
1330                 return NULL;
1331
1332         /*
1333          * We always allocate a guard page.
1334          */
1335         size += PAGE_SIZE;
1336
1337         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);
1338         if (IS_ERR(va)) {
1339                 kfree(area);
1340                 return NULL;
1341         }
1342
1343         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
1344
1345         return area;
1346 }
1347
1348 struct vm_struct *__get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags,
1349                                 unsigned long start, unsigned long end)
1350 {
1351         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, NUMA_NO_NODE,
1352                                   GFP_KERNEL, __builtin_return_address(0));
1353 }
1354 EXPORT_SYMBOL_GPL(__get_vm_area);
1355
1356 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1357                                        unsigned long start, unsigned long end,
1358                                        const void *caller)
1359 {
1360         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, NUMA_NO_NODE,
1361                                   GFP_KERNEL, caller);
1362 }
1363
1364 /**
1365  *      get_vm_area  -  reserve a contiguous kernel virtual area
1366  *      @size:          size of the area
1367  *      @flags:         %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
1368  *
1369  *      Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
1370  *      and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
1371  *      on success or %NULL on failure.
1372  */
1373 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
1374 {
1375         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1376                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
1377                                   __builtin_return_address(0));
1378 }
1379
1380 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1381                                 const void *caller)
1382 {
1383         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1384                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
1385 }
1386
1387 /**
1388  *      find_vm_area  -  find a continuous kernel virtual area
1389  *      @addr:          base address
1390  *
1391  *      Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
1392  *      It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
1393  *      pointer valid.
1394  */
1395 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
1396 {
1397         struct vmap_area *va;
1398
1399         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
1400         if (va && va->flags & VM_VM_AREA)
1401                 return va->vm;
1402
1403         return NULL;
1404 }
1405
1406 /**
1407  *      remove_vm_area  -  find and remove a continuous kernel virtual area
1408  *      @addr:          base address
1409  *
1410  *      Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
1411  *      This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
1412  *      on SMP machines, except for its size or flags.
1413  */
1414 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
1415 {
1416         struct vmap_area *va;
1417
1418         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
1419         if (va && va->flags & VM_VM_AREA) {
1420                 struct vm_struct *vm = va->vm;
1421
1422                 spin_lock(&vmap_area_lock);
1423                 va->vm = NULL;
1424                 va->flags &= ~VM_VM_AREA;
1425                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
1426
1427                 vmap_debug_free_range(va->va_start, va->va_end);
1428                 free_unmap_vmap_area(va);
1429                 vm->size -= PAGE_SIZE;
1430
1431                 return vm;
1432         }
1433         return NULL;
1434 }
1435
1436 static void __vunmap(const void *addr, int deallocate_pages)
1437 {
1438         struct vm_struct *area;
1439
1440         if (!addr)
1441                 return;
1442
1443         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
1444                         addr))
1445                 return;
1446
1447         area = remove_vm_area(addr);
1448         if (unlikely(!area)) {
1449                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
1450                                 addr);
1451                 return;
1452         }
1453
1454         debug_check_no_locks_freed(addr, area->size);
1455         debug_check_no_obj_freed(addr, area->size);
1456
1457         if (deallocate_pages) {
1458                 int i;
1459
1460                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
1461                         struct page *page = area->pages[i];
1462
1463                         BUG_ON(!page);
1464                         __free_page(page);
1465                 }
1466
1467                 if (area->flags & VM_VPAGES)
1468                         vfree(area->pages);
1469                 else
1470                         kfree(area->pages);
1471         }
1472
1473         kfree(area);
1474         return;
1475 }
1476  
1477 /**
1478  *      vfree  -  release memory allocated by vmalloc()
1479  *      @addr:          memory base address
1480  *
1481  *      Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as
1482  *      obtained from vmalloc(), vmalloc_32() or __vmalloc(). If @addr is
1483  *      NULL, no operation is performed.
1484  *
1485  *      Must not be called in NMI context (strictly speaking, only if we don't
1486  *      have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
1487  *      conventions for vfree() arch-depenedent would be a really bad idea)
1488  *
1489  *      NOTE: assumes that the object at *addr has a size >= sizeof(llist_node)
1490  */
1491 void vfree(const void *addr)
1492 {
1493         BUG_ON(in_nmi());
1494
1495         kmemleak_free(addr);
1496
1497         if (!addr)
1498                 return;
1499         if (unlikely(in_interrupt())) {
1500                 struct vfree_deferred *p = this_cpu_ptr(&vfree_deferred);
1501                 if (llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
1502                         schedule_work(&p->wq);
1503         } else
1504                 __vunmap(addr, 1);
1505 }
1506 EXPORT_SYMBOL(vfree);
1507
1508 /**
1509  *      vunmap  -  release virtual mapping obtained by vmap()
1510  *      @addr:          memory base address
1511  *
1512  *      Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
1513  *      which was created from the page array passed to vmap().
1514  *
1515  *      Must not be called in interrupt context.
1516  */
1517 void vunmap(const void *addr)
1518 {
1519         BUG_ON(in_interrupt());
1520         might_sleep();
1521         if (addr)
1522                 __vunmap(addr, 0);
1523 }
1524 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
1525
1526 /**
1527  *      vmap  -  map an array of pages into virtually contiguous space
1528  *      @pages:         array of page pointers
1529  *      @count:         number of pages to map
1530  *      @flags:         vm_area->flags
1531  *      @prot:          page protection for the mapping
1532  *
1533  *      Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual
1534  *      space.
1535  */
1536 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
1537                 unsigned long flags, pgprot_t prot)
1538 {
1539         struct vm_struct *area;
1540
1541         might_sleep();
1542
1543         if (count > totalram_pages)
1544                 return NULL;
1545
1546         area = get_vm_area_caller((count << PAGE_SHIFT), flags,
1547                                         __builtin_return_address(0));
1548         if (!area)
1549                 return NULL;
1550
1551         if (map_vm_area(area, prot, &pages)) {
1552                 vunmap(area->addr);
1553                 return NULL;
1554         }
1555
1556         return area->addr;
1557 }
1558 EXPORT_SYMBOL(vmap);
1559
1560 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
1561                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
1562                             int node, const void *caller);
1563 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
1564                                  pgprot_t prot, int node)
1565 {
1566         const int order = 0;
1567         struct page **pages;
1568         unsigned int nr_pages, array_size, i;
1569         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
1570         const gfp_t alloc_mask = gfp_mask | __GFP_NOWARN;
1571
1572         nr_pages = get_vm_area_size(area) >> PAGE_SHIFT;
1573         array_size = (nr_pages * sizeof(struct page *));
1574
1575         area->nr_pages = nr_pages;
1576         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
1577         if (array_size > PAGE_SIZE) {
1578                 pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp|__GFP_HIGHMEM,
1579                                 PAGE_KERNEL, node, area->caller);
1580                 area->flags |= VM_VPAGES;
1581         } else {
1582                 pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
1583         }
1584         area->pages = pages;
1585         if (!area->pages) {
1586                 remove_vm_area(area->addr);
1587                 kfree(area);
1588                 return NULL;
1589         }
1590
1591         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
1592                 struct page *page;
1593
1594                 if (node == NUMA_NO_NODE)
1595                         page = alloc_page(alloc_mask);
1596                 else
1597                         page = alloc_pages_node(node, alloc_mask, order);
1598
1599                 if (unlikely(!page)) {
1600                         /* Successfully allocated i pages, free them in __vunmap() */
1601                         area->nr_pages = i;
1602                         goto fail;
1603                 }
1604                 area->pages[i] = page;
1605                 if (gfp_mask & __GFP_WAIT)
1606                         cond_resched();
1607         }
1608
1609         if (map_vm_area(area, prot, &pages))
1610                 goto fail;
1611         return area->addr;
1612
1613 fail:
1614         warn_alloc_failed(gfp_mask, order,
1615                           "vmalloc: allocation failure, allocated %ld of %ld bytes\n",
1616                           (area->nr_pages*PAGE_SIZE), area->size);
1617         vfree(area->addr);
1618         return NULL;
1619 }
1620
1621 /**
1622  *      __vmalloc_node_range  -  allocate virtually contiguous memory
1623  *      @size:          allocation size
1624  *      @align:         desired alignment
1625  *      @start:         vm area range start
1626  *      @end:           vm area range end
1627  *      @gfp_mask:      flags for the page level allocator
1628  *      @prot:          protection mask for the allocated pages
1629  *      @node:          node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
1630  *      @caller:        caller's return address
1631  *
1632  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1633  *      allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
1634  *      kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
1635  */
1636 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
1637                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
1638                         pgprot_t prot, int node, const void *caller)
1639 {
1640         struct vm_struct *area;
1641         void *addr;
1642         unsigned long real_size = size;
1643
1644         size = PAGE_ALIGN(size);
1645         if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages)
1646                 goto fail;
1647
1648         area = __get_vm_area_node(size, align, VM_ALLOC | VM_UNINITIALIZED,
1649                                   start, end, node, gfp_mask, caller);
1650         if (!area)
1651                 goto fail;
1652
1653         addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, node);
1654         if (!addr)
1655                 return NULL;
1656
1657         /*
1658          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
1659          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
1660          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
1661          */
1662         clear_vm_uninitialized_flag(area);
1663
1664         /*
1665          * A ref_count = 2 is needed because vm_struct allocated in
1666          * __get_vm_area_node() contains a reference to the virtual address of
1667          * the vmalloc'ed block.
1668          */
1669         kmemleak_alloc(addr, real_size, 2, gfp_mask);
1670
1671         return addr;
1672
1673 fail:
1674         warn_alloc_failed(gfp_mask, 0,
1675                           "vmalloc: allocation failure: %lu bytes\n",
1676                           real_size);
1677         return NULL;
1678 }
1679
1680 /**
1681  *      __vmalloc_node  -  allocate virtually contiguous memory
1682  *      @size:          allocation size
1683  *      @align:         desired alignment
1684  *      @gfp_mask:      flags for the page level allocator
1685  *      @prot:          protection mask for the allocated pages
1686  *      @node:          node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
1687  *      @caller:        caller's return address
1688  *
1689  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1690  *      allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
1691  *      kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
1692  */
1693 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
1694                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
1695                             int node, const void *caller)
1696 {
1697         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1698                                 gfp_mask, prot, node, caller);
1699 }
1700
1701 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot)
1702 {
1703         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, prot, NUMA_NO_NODE,
1704                                 __builtin_return_address(0));
1705 }
1706 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
1707
1708 static inline void *__vmalloc_node_flags(unsigned long size,
1709                                         int node, gfp_t flags)
1710 {
1711         return __vmalloc_node(size, 1, flags, PAGE_KERNEL,
1712                                         node, __builtin_return_address(0));
1713 }
1714
1715 /**
1716  *      vmalloc  -  allocate virtually contiguous memory
1717  *      @size:          allocation size
1718  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1719  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1720  *
1721  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1722  *      use __vmalloc() instead.
1723  */
1724 void *vmalloc(unsigned long size)
1725 {
1726         return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
1727                                     GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM);
1728 }
1729 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
1730
1731 /**
1732  *      vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
1733  *      @size:  allocation size
1734  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1735  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1736  *      The memory allocated is set to zero.
1737  *
1738  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1739  *      use __vmalloc() instead.
1740  */
1741 void *vzalloc(unsigned long size)
1742 {
1743         return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
1744                                 GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
1745 }
1746 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
1747
1748 /**
1749  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
1750  * @size: allocation size
1751  *
1752  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
1753  * without leaking data.
1754  */
1755 void *vmalloc_user(unsigned long size)
1756 {
1757         struct vm_struct *area;
1758         void *ret;
1759
1760         ret = __vmalloc_node(size, SHMLBA,
1761                              GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO,
1762                              PAGE_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
1763                              __builtin_return_address(0));
1764         if (ret) {
1765                 area = find_vm_area(ret);
1766                 area->flags |= VM_USERMAP;
1767         }
1768         return ret;
1769 }
1770 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
1771
1772 /**
1773  *      vmalloc_node  -  allocate memory on a specific node
1774  *      @size:          allocation size
1775  *      @node:          numa node
1776  *
1777  *      Allocate enough pages to cover @size from the page level
1778  *      allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1779  *
1780  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1781  *      use __vmalloc() instead.
1782  */
1783 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
1784 {
1785         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL,
1786                                         node, __builtin_return_address(0));
1787 }
1788 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
1789
1790 /**
1791  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
1792  * @size:       allocation size
1793  * @node:       numa node
1794  *
1795  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
1796  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1797  * The memory allocated is set to zero.
1798  *
1799  * For tight control over page level allocator and protection flags
1800  * use __vmalloc_node() instead.
1801  */
1802 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
1803 {
1804         return __vmalloc_node_flags(size, node,
1805                          GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM | __GFP_ZERO);
1806 }
1807 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
1808
1809 #ifndef PAGE_KERNEL_EXEC
1810 # define PAGE_KERNEL_EXEC PAGE_KERNEL
1811 #endif
1812
1813 /**
1814  *      vmalloc_exec  -  allocate virtually contiguous, executable memory
1815  *      @size:          allocation size
1816  *
1817  *      Kernel-internal function to allocate enough pages to cover @size
1818  *      the page level allocator and map them into contiguous and
1819  *      executable kernel virtual space.
1820  *
1821  *      For tight control over page level allocator and protection flags
1822  *      use __vmalloc() instead.
1823  */
1824
1825 void *vmalloc_exec(unsigned long size)
1826 {
1827         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_HIGHMEM, PAGE_KERNEL_EXEC,
1828                               NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
1829 }
1830
1831 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
1832 #define GFP_VMALLOC32 GFP_DMA32 | GFP_KERNEL
1833 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
1834 #define GFP_VMALLOC32 GFP_DMA | GFP_KERNEL
1835 #else
1836 #define GFP_VMALLOC32 GFP_KERNEL
1837 #endif
1838
1839 /**
1840  *      vmalloc_32  -  allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
1841  *      @size:          allocation size
1842  *
1843  *      Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
1844  *      page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
1845  */
1846 void *vmalloc_32(unsigned long size)
1847 {
1848         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, PAGE_KERNEL,
1849                               NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
1850 }
1851 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
1852
1853 /**
1854  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
1855  *      @size:          allocation size
1856  *
1857  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
1858  * mapped to userspace without leaking data.
1859  */
1860 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
1861 {
1862         struct vm_struct *area;
1863         void *ret;
1864
1865         ret = __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
1866                              NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
1867         if (ret) {
1868                 area = find_vm_area(ret);
1869                 area->flags |= VM_USERMAP;
1870         }
1871         return ret;
1872 }
1873 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
1874
1875 /*
1876  * small helper routine , copy contents to buf from addr.
1877  * If the page is not present, fill zero.
1878  */
1879
1880 static int aligned_vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1881 {
1882         struct page *p;
1883         int copied = 0;
1884
1885         while (count) {
1886                 unsigned long offset, length;
1887
1888                 offset = (unsigned long)addr & ~PAGE_MASK;
1889                 length = PAGE_SIZE - offset;
1890                 if (length > count)
1891                         length = count;
1892                 p = vmalloc_to_page(addr);
1893                 /*
1894                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
1895                  * lock. But adding lock here means that we need to add
1896                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
1897                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
1898                  * kmap() and get small overhead in this access function.
1899                  */
1900                 if (p) {
1901                         /*
1902                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
1903                          * function description)
1904                          */
1905                         void *map = kmap_atomic(p);
1906                         memcpy(buf, map + offset, length);
1907                         kunmap_atomic(map);
1908                 } else
1909                         memset(buf, 0, length);
1910
1911                 addr += length;
1912                 buf += length;
1913                 copied += length;
1914                 count -= length;
1915         }
1916         return copied;
1917 }
1918
1919 static int aligned_vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1920 {
1921         struct page *p;
1922         int copied = 0;
1923
1924         while (count) {
1925                 unsigned long offset, length;
1926
1927                 offset = (unsigned long)addr & ~PAGE_MASK;
1928                 length = PAGE_SIZE - offset;
1929                 if (length > count)
1930                         length = count;
1931                 p = vmalloc_to_page(addr);
1932                 /*
1933                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
1934                  * lock. But adding lock here means that we need to add
1935                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
1936                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
1937                  * kmap() and get small overhead in this access function.
1938                  */
1939                 if (p) {
1940                         /*
1941                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
1942                          * function description)
1943                          */
1944                         void *map = kmap_atomic(p);
1945                         memcpy(map + offset, buf, length);
1946                         kunmap_atomic(map);
1947                 }
1948                 addr += length;
1949                 buf += length;
1950                 copied += length;
1951                 count -= length;
1952         }
1953         return copied;
1954 }
1955
1956 /**
1957  *      vread() -  read vmalloc area in a safe way.
1958  *      @buf:           buffer for reading data
1959  *      @addr:          vm address.
1960  *      @count:         number of bytes to be read.
1961  *
1962  *      Returns # of bytes which addr and buf should be increased.
1963  *      (same number to @count). Returns 0 if [addr...addr+count) doesn't
1964  *      includes any intersect with alive vmalloc area.
1965  *
1966  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
1967  *      copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
1968  *      of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
1969  *      proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
1970  *      IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
1971  *
1972  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
1973  *      vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
1974  *
1975  *      Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
1976  *      should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
1977  *      This is for routines which have to access vmalloc area without
1978  *      any informaion, as /dev/kmem.
1979  *
1980  */
1981
1982 long vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
1983 {
1984         struct vmap_area *va;
1985         struct vm_struct *vm;
1986         char *vaddr, *buf_start = buf;
1987         unsigned long buflen = count;
1988         unsigned long n;
1989
1990         /* Don't allow overflow */
1991         if ((unsigned long) addr + count < count)
1992                 count = -(unsigned long) addr;
1993
1994         spin_lock(&vmap_area_lock);
1995         list_for_each_entry(va, &vmap_area_list, list) {
1996                 if (!count)
1997                         break;
1998
1999                 if (!(va->flags & VM_VM_AREA))
2000                         continue;
2001
2002                 vm = va->vm;
2003                 vaddr = (char *) vm->addr;
2004                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
2005                         continue;
2006                 while (addr < vaddr) {
2007                         if (count == 0)
2008                                 goto finished;
2009                         *buf = '\0';
2010                         buf++;
2011                         addr++;
2012                         count--;
2013                 }
2014                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
2015                 if (n > count)
2016                         n = count;
2017                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP))
2018                         aligned_vread(buf, addr, n);
2019                 else /* IOREMAP area is treated as memory hole */
2020                         memset(buf, 0, n);
2021                 buf += n;
2022                 addr += n;
2023                 count -= n;
2024         }
2025 finished:
2026         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2027
2028         if (buf == buf_start)
2029                 return 0;
2030         /* zero-fill memory holes */
2031         if (buf != buf_start + buflen)
2032                 memset(buf, 0, buflen - (buf - buf_start));
2033
2034         return buflen;
2035 }
2036
2037 /**
2038  *      vwrite() -  write vmalloc area in a safe way.
2039  *      @buf:           buffer for source data
2040  *      @addr:          vm address.
2041  *      @count:         number of bytes to be read.
2042  *
2043  *      Returns # of bytes which addr and buf should be incresed.
2044  *      (same number to @count).
2045  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersect with valid
2046  *      vmalloc area, returns 0.
2047  *
2048  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2049  *      copy data from a buffer to the given addr. If specified range of
2050  *      [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied from
2051  *      proper area of @buf. If there are memory holes, no copy to hole.
2052  *      IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
2053  *
2054  *      If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
2055  *      vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
2056  *
2057  *      Note: In usual ops, vwrite() is never necessary because the caller
2058  *      should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
2059  *      This is for routines which have to access vmalloc area without
2060  *      any informaion, as /dev/kmem.
2061  */
2062
2063 long vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2064 {
2065         struct vmap_area *va;
2066         struct vm_struct *vm;
2067         char *vaddr;
2068         unsigned long n, buflen;
2069         int copied = 0;
2070
2071         /* Don't allow overflow */
2072         if ((unsigned long) addr + count < count)
2073                 count = -(unsigned long) addr;
2074         buflen = count;
2075
2076         spin_lock(&vmap_area_lock);
2077         list_for_each_entry(va, &vmap_area_list, list) {
2078                 if (!count)
2079                         break;
2080
2081                 if (!(va->flags & VM_VM_AREA))
2082                         continue;
2083
2084                 vm = va->vm;
2085                 vaddr = (char *) vm->addr;
2086                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
2087                         continue;
2088                 while (addr < vaddr) {
2089                         if (count == 0)
2090                                 goto finished;
2091                         buf++;
2092                         addr++;
2093                         count--;
2094                 }
2095                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
2096                 if (n > count)
2097                         n = count;
2098                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP)) {
2099                         aligned_vwrite(buf, addr, n);
2100                         copied++;
2101                 }
2102                 buf += n;
2103                 addr += n;
2104                 count -= n;
2105         }
2106 finished:
2107         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2108         if (!copied)
2109                 return 0;
2110         return buflen;
2111 }
2112
2113 /**
2114  *      remap_vmalloc_range_partial  -  map vmalloc pages to userspace
2115  *      @vma:           vma to cover
2116  *      @uaddr:         target user address to start at
2117  *      @kaddr:         virtual address of vmalloc kernel memory
2118  *      @size:          size of map area
2119  *
2120  *      Returns:        0 for success, -Exxx on failure
2121  *
2122  *      This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
2123  *      and that it is big enough to cover the range starting at
2124  *      @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
2125  *      met.
2126  *
2127  *      Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
2128  */
2129 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
2130                                 void *kaddr, unsigned long size)
2131 {
2132         struct vm_struct *area;
2133
2134         size = PAGE_ALIGN(size);
2135
2136         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
2137                 return -EINVAL;
2138
2139         area = find_vm_area(kaddr);
2140         if (!area)
2141                 return -EINVAL;
2142
2143         if (!(area->flags & VM_USERMAP))
2144                 return -EINVAL;
2145
2146         if (kaddr + size > area->addr + area->size)
2147                 return -EINVAL;
2148
2149         do {
2150                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
2151                 int ret;
2152
2153                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
2154                 if (ret)
2155                         return ret;
2156
2157                 uaddr += PAGE_SIZE;
2158                 kaddr += PAGE_SIZE;
2159                 size -= PAGE_SIZE;
2160         } while (size > 0);
2161
2162         vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
2163
2164         return 0;
2165 }
2166 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range_partial);
2167
2168 /**
2169  *      remap_vmalloc_range  -  map vmalloc pages to userspace
2170  *      @vma:           vma to cover (map full range of vma)
2171  *      @addr:          vmalloc memory
2172  *      @pgoff:         number of pages into addr before first page to map
2173  *
2174  *      Returns:        0 for success, -Exxx on failure
2175  *
2176  *      This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2177  *      that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
2178  *      that criteria isn't met.
2179  *
2180  *      Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
2181  */
2182 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
2183                                                 unsigned long pgoff)
2184 {
2185         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
2186                                            addr + (pgoff << PAGE_SHIFT),
2187                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
2188 }
2189 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
2190
2191 /*
2192  * Implement a stub for vmalloc_sync_all() if the architecture chose not to
2193  * have one.
2194  */
2195 void __weak vmalloc_sync_all(void)
2196 {
2197 }
2198
2199
2200 static int f(pte_t *pte, pgtable_t table, unsigned long addr, void *data)
2201 {
2202         pte_t ***p = data;
2203
2204         if (p) {
2205                 *(*p) = pte;
2206                 (*p)++;
2207         }
2208         return 0;
2209 }
2210
2211 /**
2212  *      alloc_vm_area - allocate a range of kernel address space
2213  *      @size:          size of the area
2214  *      @ptes:          returns the PTEs for the address space
2215  *
2216  *      Returns:        NULL on failure, vm_struct on success
2217  *
2218  *      This function reserves a range of kernel address space, and
2219  *      allocates pagetables to map that range.  No actual mappings
2220  *      are created.
2221  *
2222  *      If @ptes is non-NULL, pointers to the PTEs (in init_mm)
2223  *      allocated for the VM area are returned.
2224  */
2225 struct vm_struct *alloc_vm_area(size_t size, pte_t **ptes)
2226 {
2227         struct vm_struct *area;
2228
2229         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP,
2230                                 __builtin_return_address(0));
2231         if (area == NULL)
2232                 return NULL;
2233
2234         /*
2235          * This ensures that page tables are constructed for this region
2236          * of kernel virtual address space and mapped into init_mm.
2237          */
2238         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
2239                                 size, f, ptes ? &ptes : NULL)) {
2240                 free_vm_area(area);
2241                 return NULL;
2242         }
2243
2244         return area;
2245 }
2246 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_vm_area);
2247
2248 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
2249 {
2250         struct vm_struct *ret;
2251         ret = remove_vm_area(area->addr);
2252         BUG_ON(ret != area);
2253         kfree(area);
2254 }
2255 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
2256
2257 #ifdef CONFIG_SMP
2258 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
2259 {
2260         return n ? rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node) : NULL;
2261 }
2262
2263 /**
2264  * pvm_find_next_prev - find the next and prev vmap_area surrounding @end
2265  * @end: target address
2266  * @pnext: out arg for the next vmap_area
2267  * @pprev: out arg for the previous vmap_area
2268  *
2269  * Returns: %true if either or both of next and prev are found,
2270  *          %false if no vmap_area exists
2271  *
2272  * Find vmap_areas end addresses of which enclose @end.  ie. if not
2273  * NULL, *pnext->va_end > @end and *pprev->va_end <= @end.
2274  */
2275 static bool pvm_find_next_prev(unsigned long end,
2276                                struct vmap_area **pnext,
2277                                struct vmap_area **pprev)
2278 {
2279         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
2280         struct vmap_area *va = NULL;
2281
2282         while (n) {
2283                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
2284                 if (end < va->va_end)
2285                         n = n->rb_left;
2286                 else if (end > va->va_end)
2287                         n = n->rb_right;
2288                 else
2289                         break;
2290         }
2291
2292         if (!va)
2293                 return false;
2294
2295         if (va->va_end > end) {
2296                 *pnext = va;
2297                 *pprev = node_to_va(rb_prev(&(*pnext)->rb_node));
2298         } else {
2299                 *pprev = va;
2300                 *pnext = node_to_va(rb_next(&(*pprev)->rb_node));
2301         }
2302         return true;
2303 }
2304
2305 /**
2306  * pvm_determine_end - find the highest aligned address between two vmap_areas
2307  * @pnext: in/out arg for the next vmap_area
2308  * @pprev: in/out arg for the previous vmap_area
2309  * @align: alignment
2310  *
2311  * Returns: determined end address
2312  *
2313  * Find the highest aligned address between *@pnext and *@pprev below
2314  * VMALLOC_END.  *@pnext and *@pprev are adjusted so that the aligned
2315  * down address is between the end addresses of the two vmap_areas.
2316  *
2317  * Please note that the address returned by this function may fall
2318  * inside *@pnext vmap_area.  The caller is responsible for checking
2319  * that.
2320  */
2321 static unsigned long pvm_determine_end(struct vmap_area **pnext,
2322                                        struct vmap_area **pprev,
2323                                        unsigned long align)
2324 {
2325         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
2326         unsigned long addr;
2327
2328         if (*pnext)
2329                 addr = min((*pnext)->va_start & ~(align - 1), vmalloc_end);
2330         else
2331                 addr = vmalloc_end;
2332
2333         while (*pprev && (*pprev)->va_end > addr) {
2334                 *pnext = *pprev;
2335                 *pprev = node_to_va(rb_prev(&(*pnext)->rb_node));
2336         }
2337
2338         return addr;
2339 }
2340
2341 /**
2342  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
2343  * @offsets: array containing offset of each area
2344  * @sizes: array containing size of each area
2345  * @nr_vms: the number of areas to allocate
2346  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
2347  *
2348  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
2349  *          vm_structs on success, %NULL on failure
2350  *
2351  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
2352  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
2353  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
2354  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
2355  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
2356  * areas are allocated from top.
2357  *
2358  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple.  It
2359  * does everything top-down and scans areas from the end looking for
2360  * matching slot.  While scanning, if any of the areas overlaps with
2361  * existing vmap_area, the base address is pulled down to fit the
2362  * area.  Scanning is repeated till all the areas fit and then all
2363  * necessary data structres are inserted and the result is returned.
2364  */
2365 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
2366                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
2367                                      size_t align)
2368 {
2369         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
2370         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
2371         struct vmap_area **vas, *prev, *next;
2372         struct vm_struct **vms;
2373         int area, area2, last_area, term_area;
2374         unsigned long base, start, end, last_end;
2375         bool purged = false;
2376
2377         /* verify parameters and allocate data structures */
2378         BUG_ON(align & ~PAGE_MASK || !is_power_of_2(align));
2379         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
2380                 start = offsets[area];
2381                 end = start + sizes[area];
2382
2383                 /* is everything aligned properly? */
2384                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
2385                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
2386
2387                 /* detect the area with the highest address */
2388                 if (start > offsets[last_area])
2389                         last_area = area;
2390
2391                 for (area2 = 0; area2 < nr_vms; area2++) {
2392                         unsigned long start2 = offsets[area2];
2393                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
2394
2395                         if (area2 == area)
2396                                 continue;
2397
2398                         BUG_ON(start2 >= start && start2 < end);
2399                         BUG_ON(end2 <= end && end2 > start);
2400                 }
2401         }
2402         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
2403
2404         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
2405                 WARN_ON(true);
2406                 return NULL;
2407         }
2408
2409         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
2410         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
2411         if (!vas || !vms)
2412                 goto err_free2;
2413
2414         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2415                 vas[area] = kzalloc(sizeof(struct vmap_area), GFP_KERNEL);
2416                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
2417                 if (!vas[area] || !vms[area])
2418                         goto err_free;
2419         }
2420 retry:
2421         spin_lock(&vmap_area_lock);
2422
2423         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
2424         area = term_area = last_area;
2425         start = offsets[area];
2426         end = start + sizes[area];
2427
2428         if (!pvm_find_next_prev(vmap_area_pcpu_hole, &next, &prev)) {
2429                 base = vmalloc_end - last_end;
2430                 goto found;
2431         }
2432         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2433
2434         while (true) {
2435                 BUG_ON(next && next->va_end <= base + end);
2436                 BUG_ON(prev && prev->va_end > base + end);
2437
2438                 /*
2439                  * base might have underflowed, add last_end before
2440                  * comparing.
2441                  */
2442                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end) {
2443                         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2444                         if (!purged) {
2445                                 purge_vmap_area_lazy();
2446                                 purged = true;
2447                                 goto retry;
2448                         }
2449                         goto err_free;
2450                 }
2451
2452                 /*
2453                  * If next overlaps, move base downwards so that it's
2454                  * right below next and then recheck.
2455                  */
2456                 if (next && next->va_start < base + end) {
2457                         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2458                         term_area = area;
2459                         continue;
2460                 }
2461
2462                 /*
2463                  * If prev overlaps, shift down next and prev and move
2464                  * base so that it's right below new next and then
2465                  * recheck.
2466                  */
2467                 if (prev && prev->va_end > base + start)  {
2468                         next = prev;
2469                         prev = node_to_va(rb_prev(&next->rb_node));
2470                         base = pvm_determine_end(&next, &prev, align) - end;
2471                         term_area = area;
2472                         continue;
2473                 }
2474
2475                 /*
2476                  * This area fits, move on to the previous one.  If
2477                  * the previous one is the terminal one, we're done.
2478                  */
2479                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
2480                 if (area == term_area)
2481                         break;
2482                 start = offsets[area];
2483                 end = start + sizes[area];
2484                 pvm_find_next_prev(base + end, &next, &prev);
2485         }
2486 found:
2487         /* we've found a fitting base, insert all va's */
2488         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2489                 struct vmap_area *va = vas[area];
2490
2491                 va->va_start = base + offsets[area];
2492                 va->va_end = va->va_start + sizes[area];
2493                 __insert_vmap_area(va);
2494         }
2495
2496         vmap_area_pcpu_hole = base + offsets[last_area];
2497
2498         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2499
2500         /* insert all vm's */
2501         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
2502                 setup_vmalloc_vm(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
2503                                  pcpu_get_vm_areas);
2504
2505         kfree(vas);
2506         return vms;
2507
2508 err_free:
2509         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
2510                 kfree(vas[area]);
2511                 kfree(vms[area]);
2512         }
2513 err_free2:
2514         kfree(vas);
2515         kfree(vms);
2516         return NULL;
2517 }
2518
2519 /**
2520  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
2521  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
2522  * @nr_vms: the number of allocated areas
2523  *
2524  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
2525  */
2526 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
2527 {
2528         int i;
2529
2530         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
2531                 free_vm_area(vms[i]);
2532         kfree(vms);
2533 }
2534 #endif  /* CONFIG_SMP */
2535
2536 #ifdef CONFIG_PROC_FS
2537 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
2538         __acquires(&vmap_area_lock)
2539 {
2540         loff_t n = *pos;
2541         struct vmap_area *va;
2542
2543         spin_lock(&vmap_area_lock);
2544         va = list_entry((&vmap_area_list)->next, typeof(*va), list);
2545         while (n > 0 && &va->list != &vmap_area_list) {
2546                 n--;
2547                 va = list_entry(va->list.next, typeof(*va), list);
2548         }
2549         if (!n && &va->list != &vmap_area_list)
2550                 return va;
2551
2552         return NULL;
2553
2554 }
2555
2556 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
2557 {
2558         struct vmap_area *va = p, *next;
2559
2560         ++*pos;
2561         next = list_entry(va->list.next, typeof(*va), list);
2562         if (&next->list != &vmap_area_list)
2563                 return next;
2564
2565         return NULL;
2566 }
2567
2568 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
2569         __releases(&vmap_area_lock)
2570 {
2571         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2572 }
2573
2574 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
2575 {
2576         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
2577                 unsigned int nr, *counters = m->private;
2578
2579                 if (!counters)
2580                         return;
2581
2582                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
2583                 smp_rmb();
2584                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
2585                         return;
2586
2587                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
2588
2589                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr++)
2590                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])]++;
2591
2592                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
2593                         if (counters[nr])
2594                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
2595         }
2596 }
2597
2598 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
2599 {
2600         struct vmap_area *va = p;
2601         struct vm_struct *v;
2602
2603         /*
2604          * s_show can encounter race with remove_vm_area, !VM_VM_AREA on
2605          * behalf of vmap area is being tear down or vm_map_ram allocation.
2606          */
2607         if (!(va->flags & VM_VM_AREA))
2608                 return 0;
2609
2610         v = va->vm;
2611
2612         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
2613                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
2614
2615         if (v->caller)
2616                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
2617
2618         if (v->nr_pages)
2619                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
2620
2621         if (v->phys_addr)
2622                 seq_printf(m, " phys=%llx", (unsigned long long)v->phys_addr);
2623
2624         if (v->flags & VM_IOREMAP)
2625                 seq_puts(m, " ioremap");
2626
2627         if (v->flags & VM_ALLOC)
2628                 seq_puts(m, " vmalloc");
2629
2630         if (v->flags & VM_MAP)
2631                 seq_puts(m, " vmap");
2632
2633         if (v->flags & VM_USERMAP)
2634                 seq_puts(m, " user");
2635
2636         if (v->flags & VM_VPAGES)
2637                 seq_puts(m, " vpages");
2638
2639         show_numa_info(m, v);
2640         seq_putc(m, '\n');
2641         return 0;
2642 }
2643
2644 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
2645         .start = s_start,
2646         .next = s_next,
2647         .stop = s_stop,
2648         .show = s_show,
2649 };
2650
2651 static int vmalloc_open(struct inode *inode, struct file *file)
2652 {
2653         unsigned int *ptr = NULL;
2654         int ret;
2655
2656         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
2657                 ptr = kmalloc(nr_node_ids * sizeof(unsigned int), GFP_KERNEL);
2658                 if (ptr == NULL)
2659                         return -ENOMEM;
2660         }
2661         ret = seq_open(file, &vmalloc_op);
2662         if (!ret) {
2663                 struct seq_file *m = file->private_data;
2664                 m->private = ptr;
2665         } else
2666                 kfree(ptr);
2667         return ret;
2668 }
2669
2670 static const struct file_operations proc_vmalloc_operations = {
2671         .open           = vmalloc_open,
2672         .read           = seq_read,
2673         .llseek         = seq_lseek,
2674         .release        = seq_release_private,
2675 };
2676
2677 static int __init proc_vmalloc_init(void)
2678 {
2679         proc_create("vmallocinfo", S_IRUSR, NULL, &proc_vmalloc_operations);
2680         return 0;
2681 }
2682 module_init(proc_vmalloc_init);
2683
2684 void get_vmalloc_info(struct vmalloc_info *vmi)
2685 {
2686         struct vmap_area *va;
2687         unsigned long free_area_size;
2688         unsigned long prev_end;
2689
2690         vmi->used = 0;
2691         vmi->largest_chunk = 0;
2692
2693         prev_end = VMALLOC_START;
2694
2695         rcu_read_lock();
2696
2697         if (list_empty(&vmap_area_list)) {
2698                 vmi->largest_chunk = VMALLOC_TOTAL;
2699                 goto out;
2700         }
2701
2702         list_for_each_entry_rcu(va, &vmap_area_list, list) {
2703                 unsigned long addr = va->va_start;
2704
2705                 /*
2706                  * Some archs keep another range for modules in vmalloc space
2707                  */
2708                 if (addr < VMALLOC_START)
2709                         continue;
2710                 if (addr >= VMALLOC_END)
2711                         break;
2712
2713                 if (va->flags & (VM_LAZY_FREE | VM_LAZY_FREEING))
2714                         continue;
2715
2716                 vmi->used += (va->va_end - va->va_start);
2717
2718                 free_area_size = addr - prev_end;
2719                 if (vmi->largest_chunk < free_area_size)
2720                         vmi->largest_chunk = free_area_size;
2721
2722                 prev_end = va->va_end;
2723         }
2724
2725         if (VMALLOC_END - prev_end > vmi->largest_chunk)
2726                 vmi->largest_chunk = VMALLOC_END - prev_end;
2727
2728 out:
2729         rcu_read_unlock();
2730 }
2731 #endif
2732