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