mm/vmalloc.c

   1 // SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only
   2 /*
   3  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
   4  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
   5  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
   6  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
   7  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
   8  *  Improving global KVA allocator, Uladzislau Rezki, Sony, May 2019
   9  */
  10
  11 #include <linux/vmalloc.h>
  12 #include <linux/mm.h>
  13 #include <linux/module.h>
  14 #include <linux/highmem.h>
  15 #include <linux/sched/signal.h>
  16 #include <linux/slab.h>
  17 #include <linux/spinlock.h>
  18 #include <linux/interrupt.h>
  19 #include <linux/proc_fs.h>
  20 #include <linux/seq_file.h>
  21 #include <linux/set_memory.h>
  22 #include <linux/debugobjects.h>
  23 #include <linux/kallsyms.h>
  24 #include <linux/list.h>
  25 #include <linux/notifier.h>
  26 #include <linux/rbtree.h>
  27 #include <linux/xarray.h>
  28 #include <linux/io.h>
  29 #include <linux/rcupdate.h>
  30 #include <linux/pfn.h>
  31 #include <linux/kmemleak.h>
  32 #include <linux/atomic.h>
  33 #include <linux/compiler.h>
  34 #include <linux/memcontrol.h>
  35 #include <linux/llist.h>
  36 #include <linux/uio.h>
  37 #include <linux/bitops.h>
  38 #include <linux/rbtree_augmented.h>
  39 #include <linux/overflow.h>
  40 #include <linux/pgtable.h>
  41 #include <linux/hugetlb.h>
  42 #include <linux/sched/mm.h>
  43 #include <asm/tlbflush.h>
  44 #include <asm/shmparam.h>
  45
  46 #define CREATE_TRACE_POINTS
  47 #include <trace/events/vmalloc.h>
  48
  49 #include "internal.h"
  50 #include "pgalloc-track.h"
  51
  52 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP
  53 static unsigned int __ro_after_init ioremap_max_page_shift = BITS_PER_LONG - 1;
  54
  55 static int __init set_nohugeiomap(char *str)
  56 {
  57         ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  58         return 0;
  59 }
  60 early_param("nohugeiomap", set_nohugeiomap);
  61 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  62 static const unsigned int ioremap_max_page_shift = PAGE_SHIFT;
  63 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP */
  64
  65 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
  66 static bool __ro_after_init vmap_allow_huge = true;
  67
  68 static int __init set_nohugevmalloc(char *str)
  69 {
  70         vmap_allow_huge = false;
  71         return 0;
  72 }
  73 early_param("nohugevmalloc", set_nohugevmalloc);
  74 #else /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  75 static const bool vmap_allow_huge = false;
  76 #endif  /* CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC */
  77
  78 bool is_vmalloc_addr(const void *x)
  79 {
  80         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
  81
  82         return addr >= VMALLOC_START && addr < VMALLOC_END;
  83 }
  84 EXPORT_SYMBOL(is_vmalloc_addr);
  85
  86 struct vfree_deferred {
  87         struct llist_head list;
  88         struct work_struct wq;
  89 };
  90 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
  91
  92 /*** Page table manipulation functions ***/
  93 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
  94                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
  95                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
  96 {
  97         pte_t *pte;
  98         u64 pfn;
  99         unsigned long size = PAGE_SIZE;
 100
 101         pfn = phys_addr >> PAGE_SHIFT;
 102         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 103         if (!pte)
 104                 return -ENOMEM;
 105         do {
 106                 BUG_ON(!pte_none(ptep_get(pte)));
 107
 108 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
 109                 size = arch_vmap_pte_range_map_size(addr, end, pfn, max_page_shift);
 110                 if (size != PAGE_SIZE) {
 111                         pte_t entry = pfn_pte(pfn, prot);
 112
 113                         entry = arch_make_huge_pte(entry, ilog2(size), 0);
 114                         set_huge_pte_at(&init_mm, addr, pte, entry, size);
 115                         pfn += PFN_DOWN(size);
 116                         continue;
 117                 }
 118 #endif
 119                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, pfn_pte(pfn, prot));
 120                 pfn++;
 121         } while (pte += PFN_DOWN(size), addr += size, addr != end);
 122         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 123         return 0;
 124 }
 125
 126 static int vmap_try_huge_pmd(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 127                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 128                         unsigned int max_page_shift)
 129 {
 130         if (max_page_shift < PMD_SHIFT)
 131                 return 0;
 132
 133         if (!arch_vmap_pmd_supported(prot))
 134                 return 0;
 135
 136         if ((end - addr) != PMD_SIZE)
 137                 return 0;
 138
 139         if (!IS_ALIGNED(addr, PMD_SIZE))
 140                 return 0;
 141
 142         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PMD_SIZE))
 143                 return 0;
 144
 145         if (pmd_present(*pmd) && !pmd_free_pte_page(pmd, addr))
 146                 return 0;
 147
 148         return pmd_set_huge(pmd, phys_addr, prot);
 149 }
 150
 151 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 152                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 153                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 154 {
 155         pmd_t *pmd;
 156         unsigned long next;
 157
 158         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 159         if (!pmd)
 160                 return -ENOMEM;
 161         do {
 162                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 163
 164                 if (vmap_try_huge_pmd(pmd, addr, next, phys_addr, prot,
 165                                         max_page_shift)) {
 166                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 167                         continue;
 168                 }
 169
 170                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, phys_addr, prot, max_page_shift, mask))
 171                         return -ENOMEM;
 172         } while (pmd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 173         return 0;
 174 }
 175
 176 static int vmap_try_huge_pud(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 177                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 178                         unsigned int max_page_shift)
 179 {
 180         if (max_page_shift < PUD_SHIFT)
 181                 return 0;
 182
 183         if (!arch_vmap_pud_supported(prot))
 184                 return 0;
 185
 186         if ((end - addr) != PUD_SIZE)
 187                 return 0;
 188
 189         if (!IS_ALIGNED(addr, PUD_SIZE))
 190                 return 0;
 191
 192         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, PUD_SIZE))
 193                 return 0;
 194
 195         if (pud_present(*pud) && !pud_free_pmd_page(pud, addr))
 196                 return 0;
 197
 198         return pud_set_huge(pud, phys_addr, prot);
 199 }
 200
 201 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 202                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 203                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 204 {
 205         pud_t *pud;
 206         unsigned long next;
 207
 208         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 209         if (!pud)
 210                 return -ENOMEM;
 211         do {
 212                 next = pud_addr_end(addr, end);
 213
 214                 if (vmap_try_huge_pud(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 215                                         max_page_shift)) {
 216                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 217                         continue;
 218                 }
 219
 220                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, phys_addr, prot,
 221                                         max_page_shift, mask))
 222                         return -ENOMEM;
 223         } while (pud++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 224         return 0;
 225 }
 226
 227 static int vmap_try_huge_p4d(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 228                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 229                         unsigned int max_page_shift)
 230 {
 231         if (max_page_shift < P4D_SHIFT)
 232                 return 0;
 233
 234         if (!arch_vmap_p4d_supported(prot))
 235                 return 0;
 236
 237         if ((end - addr) != P4D_SIZE)
 238                 return 0;
 239
 240         if (!IS_ALIGNED(addr, P4D_SIZE))
 241                 return 0;
 242
 243         if (!IS_ALIGNED(phys_addr, P4D_SIZE))
 244                 return 0;
 245
 246         if (p4d_present(*p4d) && !p4d_free_pud_page(p4d, addr))
 247                 return 0;
 248
 249         return p4d_set_huge(p4d, phys_addr, prot);
 250 }
 251
 252 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 253                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 254                         unsigned int max_page_shift, pgtbl_mod_mask *mask)
 255 {
 256         p4d_t *p4d;
 257         unsigned long next;
 258
 259         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 260         if (!p4d)
 261                 return -ENOMEM;
 262         do {
 263                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 264
 265                 if (vmap_try_huge_p4d(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 266                                         max_page_shift)) {
 267                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 268                         continue;
 269                 }
 270
 271                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, phys_addr, prot,
 272                                         max_page_shift, mask))
 273                         return -ENOMEM;
 274         } while (p4d++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 275         return 0;
 276 }
 277
 278 static int vmap_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 279                         phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot,
 280                         unsigned int max_page_shift)
 281 {
 282         pgd_t *pgd;
 283         unsigned long start;
 284         unsigned long next;
 285         int err;
 286         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 287
 288         might_sleep();
 289         BUG_ON(addr >= end);
 290
 291         start = addr;
 292         pgd = pgd_offset_k(addr);
 293         do {
 294                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 295                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, phys_addr, prot,
 296                                         max_page_shift, &mask);
 297                 if (err)
 298                         break;
 299         } while (pgd++, phys_addr += (next - addr), addr = next, addr != end);
 300
 301         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 302                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 303
 304         return err;
 305 }
 306
 307 int vmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 308                     phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 309 {
 310         int err;
 311
 312         err = vmap_range_noflush(addr, end, phys_addr, pgprot_nx(prot),
 313                                  ioremap_max_page_shift);
 314         flush_cache_vmap(addr, end);
 315         if (!err)
 316                 err = kmsan_ioremap_page_range(addr, end, phys_addr, prot,
 317                                                ioremap_max_page_shift);
 318         return err;
 319 }
 320
 321 int ioremap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 322                 phys_addr_t phys_addr, pgprot_t prot)
 323 {
 324         struct vm_struct *area;
 325
 326         area = find_vm_area((void *)addr);
 327         if (!area || !(area->flags & VM_IOREMAP)) {
 328                 WARN_ONCE(1, "vm_area at addr %lx is not marked as VM_IOREMAP\n", addr);
 329                 return -EINVAL;
 330         }
 331         if (addr != (unsigned long)area->addr ||
 332             (void *)end != area->addr + get_vm_area_size(area)) {
 333                 WARN_ONCE(1, "ioremap request [%lx,%lx) doesn't match vm_area [%lx, %lx)\n",
 334                           addr, end, (long)area->addr,
 335                           (long)area->addr + get_vm_area_size(area));
 336                 return -ERANGE;
 337         }
 338         return vmap_page_range(addr, end, phys_addr, prot);
 339 }
 340
 341 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end,
 342                              pgtbl_mod_mask *mask)
 343 {
 344         pte_t *pte;
 345
 346         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 347         do {
 348                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
 349                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
 350         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 351         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 352 }
 353
 354 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end,
 355                              pgtbl_mod_mask *mask)
 356 {
 357         pmd_t *pmd;
 358         unsigned long next;
 359         int cleared;
 360
 361         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 362         do {
 363                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 364
 365                 cleared = pmd_clear_huge(pmd);
 366                 if (cleared || pmd_bad(*pmd))
 367                         *mask |= PGTBL_PMD_MODIFIED;
 368
 369                 if (cleared)
 370                         continue;
 371                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
 372                         continue;
 373                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next, mask);
 374
 375                 cond_resched();
 376         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 377 }
 378
 379 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end,
 380                              pgtbl_mod_mask *mask)
 381 {
 382         pud_t *pud;
 383         unsigned long next;
 384         int cleared;
 385
 386         pud = pud_offset(p4d, addr);
 387         do {
 388                 next = pud_addr_end(addr, end);
 389
 390                 cleared = pud_clear_huge(pud);
 391                 if (cleared || pud_bad(*pud))
 392                         *mask |= PGTBL_PUD_MODIFIED;
 393
 394                 if (cleared)
 395                         continue;
 396                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
 397                         continue;
 398                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next, mask);
 399         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 400 }
 401
 402 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end,
 403                              pgtbl_mod_mask *mask)
 404 {
 405         p4d_t *p4d;
 406         unsigned long next;
 407
 408         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 409         do {
 410                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 411
 412                 p4d_clear_huge(p4d);
 413                 if (p4d_bad(*p4d))
 414                         *mask |= PGTBL_P4D_MODIFIED;
 415
 416                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
 417                         continue;
 418                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next, mask);
 419         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 420 }
 421
 422 /*
 423  * vunmap_range_noflush is similar to vunmap_range, but does not
 424  * flush caches or TLBs.
 425  *
 426  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() before calling
 427  * this function, and flush_tlb_kernel_range after it has returned
 428  * successfully (and before the addresses are expected to cause a page fault
 429  * or be re-mapped for something else, if TLB flushes are being delayed or
 430  * coalesced).
 431  *
 432  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 433  */
 434 void __vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 435 {
 436         unsigned long next;
 437         pgd_t *pgd;
 438         unsigned long addr = start;
 439         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 440
 441         BUG_ON(addr >= end);
 442         pgd = pgd_offset_k(addr);
 443         do {
 444                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 445                 if (pgd_bad(*pgd))
 446                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 447                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
 448                         continue;
 449                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next, &mask);
 450         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 451
 452         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 453                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 454 }
 455
 456 void vunmap_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end)
 457 {
 458         kmsan_vunmap_range_noflush(start, end);
 459         __vunmap_range_noflush(start, end);
 460 }
 461
 462 /**
 463  * vunmap_range - unmap kernel virtual addresses
 464  * @addr: start of the VM area to unmap
 465  * @end: end of the VM area to unmap (non-inclusive)
 466  *
 467  * Clears any present PTEs in the virtual address range, flushes TLBs and
 468  * caches. Any subsequent access to the address before it has been re-mapped
 469  * is a kernel bug.
 470  */
 471 void vunmap_range(unsigned long addr, unsigned long end)
 472 {
 473         flush_cache_vunmap(addr, end);
 474         vunmap_range_noflush(addr, end);
 475         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
 476 }
 477
 478 static int vmap_pages_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
 479                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 480                 pgtbl_mod_mask *mask)
 481 {
 482         pte_t *pte;
 483
 484         /*
 485          * nr is a running index into the array which helps higher level
 486          * callers keep track of where we're up to.
 487          */
 488
 489         pte = pte_alloc_kernel_track(pmd, addr, mask);
 490         if (!pte)
 491                 return -ENOMEM;
 492         do {
 493                 struct page *page = pages[*nr];
 494
 495                 if (WARN_ON(!pte_none(ptep_get(pte))))
 496                         return -EBUSY;
 497                 if (WARN_ON(!page))
 498                         return -ENOMEM;
 499                 if (WARN_ON(!pfn_valid(page_to_pfn(page))))
 500                         return -EINVAL;
 501
 502                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
 503                 (*nr)++;
 504         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
 505         *mask |= PGTBL_PTE_MODIFIED;
 506         return 0;
 507 }
 508
 509 static int vmap_pages_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
 510                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 511                 pgtbl_mod_mask *mask)
 512 {
 513         pmd_t *pmd;
 514         unsigned long next;
 515
 516         pmd = pmd_alloc_track(&init_mm, pud, addr, mask);
 517         if (!pmd)
 518                 return -ENOMEM;
 519         do {
 520                 next = pmd_addr_end(addr, end);
 521                 if (vmap_pages_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 522                         return -ENOMEM;
 523         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
 524         return 0;
 525 }
 526
 527 static int vmap_pages_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
 528                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 529                 pgtbl_mod_mask *mask)
 530 {
 531         pud_t *pud;
 532         unsigned long next;
 533
 534         pud = pud_alloc_track(&init_mm, p4d, addr, mask);
 535         if (!pud)
 536                 return -ENOMEM;
 537         do {
 538                 next = pud_addr_end(addr, end);
 539                 if (vmap_pages_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 540                         return -ENOMEM;
 541         } while (pud++, addr = next, addr != end);
 542         return 0;
 543 }
 544
 545 static int vmap_pages_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
 546                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr,
 547                 pgtbl_mod_mask *mask)
 548 {
 549         p4d_t *p4d;
 550         unsigned long next;
 551
 552         p4d = p4d_alloc_track(&init_mm, pgd, addr, mask);
 553         if (!p4d)
 554                 return -ENOMEM;
 555         do {
 556                 next = p4d_addr_end(addr, end);
 557                 if (vmap_pages_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr, mask))
 558                         return -ENOMEM;
 559         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
 560         return 0;
 561 }
 562
 563 static int vmap_small_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 564                 pgprot_t prot, struct page **pages)
 565 {
 566         unsigned long start = addr;
 567         pgd_t *pgd;
 568         unsigned long next;
 569         int err = 0;
 570         int nr = 0;
 571         pgtbl_mod_mask mask = 0;
 572
 573         BUG_ON(addr >= end);
 574         pgd = pgd_offset_k(addr);
 575         do {
 576                 next = pgd_addr_end(addr, end);
 577                 if (pgd_bad(*pgd))
 578                         mask |= PGTBL_PGD_MODIFIED;
 579                 err = vmap_pages_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr, &mask);
 580                 if (err)
 581                         return err;
 582         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
 583
 584         if (mask & ARCH_PAGE_TABLE_SYNC_MASK)
 585                 arch_sync_kernel_mappings(start, end);
 586
 587         return 0;
 588 }
 589
 590 /*
 591  * vmap_pages_range_noflush is similar to vmap_pages_range, but does not
 592  * flush caches.
 593  *
 594  * The caller is responsible for calling flush_cache_vmap() after this
 595  * function returns successfully and before the addresses are accessed.
 596  *
 597  * This is an internal function only. Do not use outside mm/.
 598  */
 599 int __vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 600                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 601 {
 602         unsigned int i, nr = (end - addr) >> PAGE_SHIFT;
 603
 604         WARN_ON(page_shift < PAGE_SHIFT);
 605
 606         if (!IS_ENABLED(CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC) ||
 607                         page_shift == PAGE_SHIFT)
 608                 return vmap_small_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages);
 609
 610         for (i = 0; i < nr; i += 1U << (page_shift - PAGE_SHIFT)) {
 611                 int err;
 612
 613                 err = vmap_range_noflush(addr, addr + (1UL << page_shift),
 614                                         page_to_phys(pages[i]), prot,
 615                                         page_shift);
 616                 if (err)
 617                         return err;
 618
 619                 addr += 1UL << page_shift;
 620         }
 621
 622         return 0;
 623 }
 624
 625 int vmap_pages_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long end,
 626                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 627 {
 628         int ret = kmsan_vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages,
 629                                                  page_shift);
 630
 631         if (ret)
 632                 return ret;
 633         return __vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 634 }
 635
 636 /**
 637  * vmap_pages_range - map pages to a kernel virtual address
 638  * @addr: start of the VM area to map
 639  * @end: end of the VM area to map (non-inclusive)
 640  * @prot: page protection flags to use
 641  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 642  * @page_shift: maximum shift that the pages may be mapped with, @pages must
 643  * be aligned and contiguous up to at least this shift.
 644  *
 645  * RETURNS:
 646  * 0 on success, -errno on failure.
 647  */
 648 static int vmap_pages_range(unsigned long addr, unsigned long end,
 649                 pgprot_t prot, struct page **pages, unsigned int page_shift)
 650 {
 651         int err;
 652
 653         err = vmap_pages_range_noflush(addr, end, prot, pages, page_shift);
 654         flush_cache_vmap(addr, end);
 655         return err;
 656 }
 657
 658 static int check_sparse_vm_area(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 659                                 unsigned long end)
 660 {
 661         might_sleep();
 662         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
 663                 return -EINVAL;
 664         if (WARN_ON_ONCE(area->flags & VM_NO_GUARD))
 665                 return -EINVAL;
 666         if (WARN_ON_ONCE(!(area->flags & VM_SPARSE)))
 667                 return -EINVAL;
 668         if ((end - start) >> PAGE_SHIFT > totalram_pages())
 669                 return -E2BIG;
 670         if (start < (unsigned long)area->addr ||
 671             (void *)end > area->addr + get_vm_area_size(area))
 672                 return -ERANGE;
 673         return 0;
 674 }
 675
 676 /**
 677  * vm_area_map_pages - map pages inside given sparse vm_area
 678  * @area: vm_area
 679  * @start: start address inside vm_area
 680  * @end: end address inside vm_area
 681  * @pages: pages to map (always PAGE_SIZE pages)
 682  */
 683 int vm_area_map_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 684                       unsigned long end, struct page **pages)
 685 {
 686         int err;
 687
 688         err = check_sparse_vm_area(area, start, end);
 689         if (err)
 690                 return err;
 691
 692         return vmap_pages_range(start, end, PAGE_KERNEL, pages, PAGE_SHIFT);
 693 }
 694
 695 /**
 696  * vm_area_unmap_pages - unmap pages inside given sparse vm_area
 697  * @area: vm_area
 698  * @start: start address inside vm_area
 699  * @end: end address inside vm_area
 700  */
 701 void vm_area_unmap_pages(struct vm_struct *area, unsigned long start,
 702                          unsigned long end)
 703 {
 704         if (check_sparse_vm_area(area, start, end))
 705                 return;
 706
 707         vunmap_range(start, end);
 708 }
 709
 710 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
 711 {
 712         /*
 713          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
 714          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
 715          * just put it in the vmalloc space.
 716          */
 717 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
 718         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(x);
 719         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
 720                 return 1;
 721 #endif
 722         return is_vmalloc_addr(x);
 723 }
 724 EXPORT_SYMBOL_GPL(is_vmalloc_or_module_addr);
 725
 726 /*
 727  * Walk a vmap address to the struct page it maps. Huge vmap mappings will
 728  * return the tail page that corresponds to the base page address, which
 729  * matches small vmap mappings.
 730  */
 731 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
 732 {
 733         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
 734         struct page *page = NULL;
 735         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
 736         p4d_t *p4d;
 737         pud_t *pud;
 738         pmd_t *pmd;
 739         pte_t *ptep, pte;
 740
 741         /*
 742          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
 743          * architectures that do not vmalloc module space
 744          */
 745         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
 746
 747         if (pgd_none(*pgd))
 748                 return NULL;
 749         if (WARN_ON_ONCE(pgd_leaf(*pgd)))
 750                 return NULL; /* XXX: no allowance for huge pgd */
 751         if (WARN_ON_ONCE(pgd_bad(*pgd)))
 752                 return NULL;
 753
 754         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
 755         if (p4d_none(*p4d))
 756                 return NULL;
 757         if (p4d_leaf(*p4d))
 758                 return p4d_page(*p4d) + ((addr & ~P4D_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 759         if (WARN_ON_ONCE(p4d_bad(*p4d)))
 760                 return NULL;
 761
 762         pud = pud_offset(p4d, addr);
 763         if (pud_none(*pud))
 764                 return NULL;
 765         if (pud_leaf(*pud))
 766                 return pud_page(*pud) + ((addr & ~PUD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 767         if (WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud)))
 768                 return NULL;
 769
 770         pmd = pmd_offset(pud, addr);
 771         if (pmd_none(*pmd))
 772                 return NULL;
 773         if (pmd_leaf(*pmd))
 774                 return pmd_page(*pmd) + ((addr & ~PMD_MASK) >> PAGE_SHIFT);
 775         if (WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd)))
 776                 return NULL;
 777
 778         ptep = pte_offset_kernel(pmd, addr);
 779         pte = ptep_get(ptep);
 780         if (pte_present(pte))
 781                 page = pte_page(pte);
 782
 783         return page;
 784 }
 785 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
 786
 787 /*
 788  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
 789  */
 790 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
 791 {
 792         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
 793 }
 794 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
 795
 796
 797 /*** Global kva allocator ***/
 798
 799 #define DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK 0
 800 #define DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK 0
 801
 802
 803 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
 804 static DEFINE_SPINLOCK(free_vmap_area_lock);
 805 /* Export for kexec only */
 806 LIST_HEAD(vmap_area_list);
 807 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
 808 static bool vmap_initialized __read_mostly;
 809
 810 static struct rb_root purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
 811 static LIST_HEAD(purge_vmap_area_list);
 812 static DEFINE_SPINLOCK(purge_vmap_area_lock);
 813
 814 /*
 815  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
 816  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
 817  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
 818  * free block.
 819  */
 820 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
 821
 822 /*
 823  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
 824  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
 825  */
 826 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
 827
 828 /*
 829  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
 830  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
 831  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
 832  * object is released.
 833  *
 834  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
 835  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
 836  * find a lowest match of free area.
 837  */
 838 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
 839
 840 /*
 841  * Preload a CPU with one object for "no edge" split case. The
 842  * aim is to get rid of allocations from the atomic context, thus
 843  * to use more permissive allocation masks.
 844  */
 845 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_area *, ne_fit_preload_node);
 846
 847 static __always_inline unsigned long
 848 va_size(struct vmap_area *va)
 849 {
 850         return (va->va_end - va->va_start);
 851 }
 852
 853 static __always_inline unsigned long
 854 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
 855 {
 856         struct vmap_area *va;
 857
 858         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
 859         return va ? va->subtree_max_size : 0;
 860 }
 861
 862 RB_DECLARE_CALLBACKS_MAX(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
 863         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size, va_size)
 864
 865 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void);
 866 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
 867 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work);
 868 static DECLARE_WORK(drain_vmap_work, drain_vmap_area_work);
 869
 870 static atomic_long_t nr_vmalloc_pages;
 871
 872 unsigned long vmalloc_nr_pages(void)
 873 {
 874         return atomic_long_read(&nr_vmalloc_pages);
 875 }
 876
 877 /* Look up the first VA which satisfies addr < va_end, NULL if none. */
 878 static struct vmap_area *find_vmap_area_exceed_addr(unsigned long addr)
 879 {
 880         struct vmap_area *va = NULL;
 881         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
 882
 883         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
 884
 885         while (n) {
 886                 struct vmap_area *tmp;
 887
 888                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
 889                 if (tmp->va_end > addr) {
 890                         va = tmp;
 891                         if (tmp->va_start <= addr)
 892                                 break;
 893
 894                         n = n->rb_left;
 895                 } else
 896                         n = n->rb_right;
 897         }
 898
 899         return va;
 900 }
 901
 902 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr, struct rb_root *root)
 903 {
 904         struct rb_node *n = root->rb_node;
 905
 906         addr = (unsigned long)kasan_reset_tag((void *)addr);
 907
 908         while (n) {
 909                 struct vmap_area *va;
 910
 911                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
 912                 if (addr < va->va_start)
 913                         n = n->rb_left;
 914                 else if (addr >= va->va_end)
 915                         n = n->rb_right;
 916                 else
 917                         return va;
 918         }
 919
 920         return NULL;
 921 }
 922
 923 /*
 924  * This function returns back addresses of parent node
 925  * and its left or right link for further processing.
 926  *
 927  * Otherwise NULL is returned. In that case all further
 928  * steps regarding inserting of conflicting overlap range
 929  * have to be declined and actually considered as a bug.
 930  */
 931 static __always_inline struct rb_node **
 932 find_va_links(struct vmap_area *va,
 933         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
 934         struct rb_node **parent)
 935 {
 936         struct vmap_area *tmp_va;
 937         struct rb_node **link;
 938
 939         if (root) {
 940                 link = &root->rb_node;
 941                 if (unlikely(!*link)) {
 942                         *parent = NULL;
 943                         return link;
 944                 }
 945         } else {
 946                 link = &from;
 947         }
 948
 949         /*
 950          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
 951          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
 952          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
 953          */
 954         do {
 955                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
 956
 957                 /*
 958                  * During the traversal we also do some sanity check.
 959                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
 960                  * or full overlaps.
 961                  */
 962                 if (va->va_end <= tmp_va->va_start)
 963                         link = &(*link)->rb_left;
 964                 else if (va->va_start >= tmp_va->va_end)
 965                         link = &(*link)->rb_right;
 966                 else {
 967                         WARN(1, "vmalloc bug: 0x%lx-0x%lx overlaps with 0x%lx-0x%lx\n",
 968                                 va->va_start, va->va_end, tmp_va->va_start, tmp_va->va_end);
 969
 970                         return NULL;
 971                 }
 972         } while (*link);
 973
 974         *parent = &tmp_va->rb_node;
 975         return link;
 976 }
 977
 978 static __always_inline struct list_head *
 979 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
 980 {
 981         struct list_head *list;
 982
 983         if (unlikely(!parent))
 984                 /*
 985                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
 986                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
 987                  * there is no free vmap space. Normally it does not
 988                  * happen but we handle this case anyway.
 989                  */
 990                 return NULL;
 991
 992         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
 993         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
 994 }
 995
 996 static __always_inline void
 997 __link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
 998         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
 999         struct list_head *head, bool augment)
1000 {
1001         /*
1002          * VA is still not in the list, but we can
1003          * identify its future previous list_head node.
1004          */
1005         if (likely(parent)) {
1006                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
1007                 if (&parent->rb_right != link)
1008                         head = head->prev;
1009         }
1010
1011         /* Insert to the rb-tree */
1012         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
1013         if (augment) {
1014                 /*
1015                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
1016                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
1017                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
1018                  * It is because we populate the tree from the bottom
1019                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
1020                  *
1021                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
1022                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
1023                  * the correct order later on.
1024                  */
1025                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
1026                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1027                 va->subtree_max_size = 0;
1028         } else {
1029                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
1030         }
1031
1032         /* Address-sort this list */
1033         list_add(&va->list, head);
1034 }
1035
1036 static __always_inline void
1037 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1038         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1039         struct list_head *head)
1040 {
1041         __link_va(va, root, parent, link, head, false);
1042 }
1043
1044 static __always_inline void
1045 link_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
1046         struct rb_node *parent, struct rb_node **link,
1047         struct list_head *head)
1048 {
1049         __link_va(va, root, parent, link, head, true);
1050 }
1051
1052 static __always_inline void
1053 __unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root, bool augment)
1054 {
1055         if (WARN_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)))
1056                 return;
1057
1058         if (augment)
1059                 rb_erase_augmented(&va->rb_node,
1060                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
1061         else
1062                 rb_erase(&va->rb_node, root);
1063
1064         list_del_init(&va->list);
1065         RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
1066 }
1067
1068 static __always_inline void
1069 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1070 {
1071         __unlink_va(va, root, false);
1072 }
1073
1074 static __always_inline void
1075 unlink_va_augment(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
1076 {
1077         __unlink_va(va, root, true);
1078 }
1079
1080 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1081 /*
1082  * Gets called when remove the node and rotate.
1083  */
1084 static __always_inline unsigned long
1085 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
1086 {
1087         return max3(va_size(va),
1088                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
1089                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
1090 }
1091
1092 static void
1093 augment_tree_propagate_check(void)
1094 {
1095         struct vmap_area *va;
1096         unsigned long computed_size;
1097
1098         list_for_each_entry(va, &free_vmap_area_list, list) {
1099                 computed_size = compute_subtree_max_size(va);
1100                 if (computed_size != va->subtree_max_size)
1101                         pr_emerg("tree is corrupted: %lu, %lu\n",
1102                                 va_size(va), va->subtree_max_size);
1103         }
1104 }
1105 #endif
1106
1107 /*
1108  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
1109  * levels starting from VA point. The propagation must be done
1110  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
1111  * in case of newly inserting of VA to the tree.
1112  *
1113  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
1114  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
1115  * - After VA has been shrunk(allocation path);
1116  * - After VA has been increased(merging path).
1117  *
1118  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
1119  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
1120  * to the root node.
1121  *
1122  *       4--8
1123  *        /\
1124  *       /  \
1125  *      /    \
1126  *    2--2  8--8
1127  *
1128  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
1129  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
1130  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
1131  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
1132  * node becomes 4--6.
1133  */
1134 static __always_inline void
1135 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
1136 {
1137         /*
1138          * Populate the tree from bottom towards the root until
1139          * the calculated maximum available size of checked node
1140          * is equal to its current one.
1141          */
1142         free_vmap_area_rb_augment_cb_propagate(&va->rb_node, NULL);
1143
1144 #if DEBUG_AUGMENT_PROPAGATE_CHECK
1145         augment_tree_propagate_check();
1146 #endif
1147 }
1148
1149 static void
1150 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
1151         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1152 {
1153         struct rb_node **link;
1154         struct rb_node *parent;
1155
1156         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1157         if (link)
1158                 link_va(va, root, parent, link, head);
1159 }
1160
1161 static void
1162 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1163         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
1164         struct list_head *head)
1165 {
1166         struct rb_node **link;
1167         struct rb_node *parent;
1168
1169         if (from)
1170                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
1171         else
1172                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1173
1174         if (link) {
1175                 link_va_augment(va, root, parent, link, head);
1176                 augment_tree_propagate_from(va);
1177         }
1178 }
1179
1180 /*
1181  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
1182  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
1183  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
1184  * freed.
1185  *
1186  * Please note, it can return NULL in case of overlap
1187  * ranges, followed by WARN() report. Despite it is a
1188  * buggy behaviour, a system can be alive and keep
1189  * ongoing.
1190  */
1191 static __always_inline struct vmap_area *
1192 __merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1193         struct rb_root *root, struct list_head *head, bool augment)
1194 {
1195         struct vmap_area *sibling;
1196         struct list_head *next;
1197         struct rb_node **link;
1198         struct rb_node *parent;
1199         bool merged = false;
1200
1201         /*
1202          * Find a place in the tree where VA potentially will be
1203          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
1204          */
1205         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
1206         if (!link)
1207                 return NULL;
1208
1209         /*
1210          * Get next node of VA to check if merging can be done.
1211          */
1212         next = get_va_next_sibling(parent, link);
1213         if (unlikely(next == NULL))
1214                 goto insert;
1215
1216         /*
1217          * start            end
1218          * |                |
1219          * |<------VA------>|<-----Next----->|
1220          *                  |                |
1221          *                  start            end
1222          */
1223         if (next != head) {
1224                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
1225                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
1226                         sibling->va_start = va->va_start;
1227
1228                         /* Free vmap_area object. */
1229                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1230
1231                         /* Point to the new merged area. */
1232                         va = sibling;
1233                         merged = true;
1234                 }
1235         }
1236
1237         /*
1238          * start            end
1239          * |                |
1240          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
1241          *                  |                |
1242          *                  start            end
1243          */
1244         if (next->prev != head) {
1245                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
1246                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
1247                         /*
1248                          * If both neighbors are coalesced, it is important
1249                          * to unlink the "next" node first, followed by merging
1250                          * with "previous" one. Otherwise the tree might not be
1251                          * fully populated if a sibling's augmented value is
1252                          * "normalized" because of rotation operations.
1253                          */
1254                         if (merged)
1255                                 __unlink_va(va, root, augment);
1256
1257                         sibling->va_end = va->va_end;
1258
1259                         /* Free vmap_area object. */
1260                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1261
1262                         /* Point to the new merged area. */
1263                         va = sibling;
1264                         merged = true;
1265                 }
1266         }
1267
1268 insert:
1269         if (!merged)
1270                 __link_va(va, root, parent, link, head, augment);
1271
1272         return va;
1273 }
1274
1275 static __always_inline struct vmap_area *
1276 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
1277         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1278 {
1279         return __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, false);
1280 }
1281
1282 static __always_inline struct vmap_area *
1283 merge_or_add_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
1284         struct rb_root *root, struct list_head *head)
1285 {
1286         va = __merge_or_add_vmap_area(va, root, head, true);
1287         if (va)
1288                 augment_tree_propagate_from(va);
1289
1290         return va;
1291 }
1292
1293 static __always_inline bool
1294 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
1295         unsigned long align, unsigned long vstart)
1296 {
1297         unsigned long nva_start_addr;
1298
1299         if (va->va_start > vstart)
1300                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1301         else
1302                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1303
1304         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
1305         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
1306                         nva_start_addr < vstart)
1307                 return false;
1308
1309         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
1310 }
1311
1312 /*
1313  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
1314  * that will accomplish the request corresponding to passing
1315  * parameters. Please note, with an alignment bigger than PAGE_SIZE,
1316  * a search length is adjusted to account for worst case alignment
1317  * overhead.
1318  */
1319 static __always_inline struct vmap_area *
1320 find_vmap_lowest_match(struct rb_root *root, unsigned long size,
1321         unsigned long align, unsigned long vstart, bool adjust_search_size)
1322 {
1323         struct vmap_area *va;
1324         struct rb_node *node;
1325         unsigned long length;
1326
1327         /* Start from the root. */
1328         node = root->rb_node;
1329
1330         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
1331         length = adjust_search_size ? size + align - 1 : size;
1332
1333         while (node) {
1334                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1335
1336                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
1337                                 vstart < va->va_start) {
1338                         node = node->rb_left;
1339                 } else {
1340                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1341                                 return va;
1342
1343                         /*
1344                          * Does not make sense to go deeper towards the right
1345                          * sub-tree if it does not have a free block that is
1346                          * equal or bigger to the requested search length.
1347                          */
1348                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
1349                                 node = node->rb_right;
1350                                 continue;
1351                         }
1352
1353                         /*
1354                          * OK. We roll back and find the first right sub-tree,
1355                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
1356                          * due to "vstart" restriction or an alignment overhead
1357                          * that is bigger then PAGE_SIZE.
1358                          */
1359                         while ((node = rb_parent(node))) {
1360                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
1361                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1362                                         return va;
1363
1364                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
1365                                                 vstart <= va->va_start) {
1366                                         /*
1367                                          * Shift the vstart forward. Please note, we update it with
1368                                          * parent's start address adding "1" because we do not want
1369                                          * to enter same sub-tree after it has already been checked
1370                                          * and no suitable free block found there.
1371                                          */
1372                                         vstart = va->va_start + 1;
1373                                         node = node->rb_right;
1374                                         break;
1375                                 }
1376                         }
1377                 }
1378         }
1379
1380         return NULL;
1381 }
1382
1383 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1384 #include <linux/random.h>
1385
1386 static struct vmap_area *
1387 find_vmap_lowest_linear_match(struct list_head *head, unsigned long size,
1388         unsigned long align, unsigned long vstart)
1389 {
1390         struct vmap_area *va;
1391
1392         list_for_each_entry(va, head, list) {
1393                 if (!is_within_this_va(va, size, align, vstart))
1394                         continue;
1395
1396                 return va;
1397         }
1398
1399         return NULL;
1400 }
1401
1402 static void
1403 find_vmap_lowest_match_check(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1404                              unsigned long size, unsigned long align)
1405 {
1406         struct vmap_area *va_1, *va_2;
1407         unsigned long vstart;
1408         unsigned int rnd;
1409
1410         get_random_bytes(&rnd, sizeof(rnd));
1411         vstart = VMALLOC_START + rnd;
1412
1413         va_1 = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, false);
1414         va_2 = find_vmap_lowest_linear_match(head, size, align, vstart);
1415
1416         if (va_1 != va_2)
1417                 pr_emerg("not lowest: t: 0x%p, l: 0x%p, v: 0x%lx\n",
1418                         va_1, va_2, vstart);
1419 }
1420 #endif
1421
1422 enum fit_type {
1423         NOTHING_FIT = 0,
1424         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
1425         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
1426         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
1427         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
1428 };
1429
1430 static __always_inline enum fit_type
1431 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
1432         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
1433 {
1434         enum fit_type type;
1435
1436         /* Check if it is within VA. */
1437         if (nva_start_addr < va->va_start ||
1438                         nva_start_addr + size > va->va_end)
1439                 return NOTHING_FIT;
1440
1441         /* Now classify. */
1442         if (va->va_start == nva_start_addr) {
1443                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
1444                         type = FL_FIT_TYPE;
1445                 else
1446                         type = LE_FIT_TYPE;
1447         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
1448                 type = RE_FIT_TYPE;
1449         } else {
1450                 type = NE_FIT_TYPE;
1451         }
1452
1453         return type;
1454 }
1455
1456 static __always_inline int
1457 adjust_va_to_fit_type(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1458                       struct vmap_area *va, unsigned long nva_start_addr,
1459                       unsigned long size)
1460 {
1461         struct vmap_area *lva = NULL;
1462         enum fit_type type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
1463
1464         if (type == FL_FIT_TYPE) {
1465                 /*
1466                  * No need to split VA, it fully fits.
1467                  *
1468                  * |               |
1469                  * V      NVA      V
1470                  * |---------------|
1471                  */
1472                 unlink_va_augment(va, root);
1473                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1474         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
1475                 /*
1476                  * Split left edge of fit VA.
1477                  *
1478                  * |       |
1479                  * V  NVA  V   R
1480                  * |-------|-------|
1481                  */
1482                 va->va_start += size;
1483         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
1484                 /*
1485                  * Split right edge of fit VA.
1486                  *
1487                  *         |       |
1488                  *     L   V  NVA  V
1489                  * |-------|-------|
1490                  */
1491                 va->va_end = nva_start_addr;
1492         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
1493                 /*
1494                  * Split no edge of fit VA.
1495                  *
1496                  *     |       |
1497                  *   L V  NVA  V R
1498                  * |---|-------|---|
1499                  */
1500                 lva = __this_cpu_xchg(ne_fit_preload_node, NULL);
1501                 if (unlikely(!lva)) {
1502                         /*
1503                          * For percpu allocator we do not do any pre-allocation
1504                          * and leave it as it is. The reason is it most likely
1505                          * never ends up with NE_FIT_TYPE splitting. In case of
1506                          * percpu allocations offsets and sizes are aligned to
1507                          * fixed align request, i.e. RE_FIT_TYPE and FL_FIT_TYPE
1508                          * are its main fitting cases.
1509                          *
1510                          * There are a few exceptions though, as an example it is
1511                          * a first allocation (early boot up) when we have "one"
1512                          * big free space that has to be split.
1513                          *
1514                          * Also we can hit this path in case of regular "vmap"
1515                          * allocations, if "this" current CPU was not preloaded.
1516                          * See the comment in alloc_vmap_area() why. If so, then
1517                          * GFP_NOWAIT is used instead to get an extra object for
1518                          * split purpose. That is rare and most time does not
1519                          * occur.
1520                          *
1521                          * What happens if an allocation gets failed. Basically,
1522                          * an "overflow" path is triggered to purge lazily freed
1523                          * areas to free some memory, then, the "retry" path is
1524                          * triggered to repeat one more time. See more details
1525                          * in alloc_vmap_area() function.
1526                          */
1527                         lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1528                         if (!lva)
1529                                 return -1;
1530                 }
1531
1532                 /*
1533                  * Build the remainder.
1534                  */
1535                 lva->va_start = va->va_start;
1536                 lva->va_end = nva_start_addr;
1537
1538                 /*
1539                  * Shrink this VA to remaining size.
1540                  */
1541                 va->va_start = nva_start_addr + size;
1542         } else {
1543                 return -1;
1544         }
1545
1546         if (type != FL_FIT_TYPE) {
1547                 augment_tree_propagate_from(va);
1548
1549                 if (lva)        /* type == NE_FIT_TYPE */
1550                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node, root, head);
1551         }
1552
1553         return 0;
1554 }
1555
1556 /*
1557  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
1558  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
1559  */
1560 static __always_inline unsigned long
1561 __alloc_vmap_area(struct rb_root *root, struct list_head *head,
1562         unsigned long size, unsigned long align,
1563         unsigned long vstart, unsigned long vend)
1564 {
1565         bool adjust_search_size = true;
1566         unsigned long nva_start_addr;
1567         struct vmap_area *va;
1568         int ret;
1569
1570         /*
1571          * Do not adjust when:
1572          *   a) align <= PAGE_SIZE, because it does not make any sense.
1573          *      All blocks(their start addresses) are at least PAGE_SIZE
1574          *      aligned anyway;
1575          *   b) a short range where a requested size corresponds to exactly
1576          *      specified [vstart:vend] interval and an alignment > PAGE_SIZE.
1577          *      With adjusted search length an allocation would not succeed.
1578          */
1579         if (align <= PAGE_SIZE || (align > PAGE_SIZE && (vend - vstart) == size))
1580                 adjust_search_size = false;
1581
1582         va = find_vmap_lowest_match(root, size, align, vstart, adjust_search_size);
1583         if (unlikely(!va))
1584                 return vend;
1585
1586         if (va->va_start > vstart)
1587                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
1588         else
1589                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
1590
1591         /* Check the "vend" restriction. */
1592         if (nva_start_addr + size > vend)
1593                 return vend;
1594
1595         /* Update the free vmap_area. */
1596         ret = adjust_va_to_fit_type(root, head, va, nva_start_addr, size);
1597         if (WARN_ON_ONCE(ret))
1598                 return vend;
1599
1600 #if DEBUG_AUGMENT_LOWEST_MATCH_CHECK
1601         find_vmap_lowest_match_check(root, head, size, align);
1602 #endif
1603
1604         return nva_start_addr;
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1609  */
1610 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1611 {
1612         /*
1613          * Remove from the busy tree/list.
1614          */
1615         spin_lock(&vmap_area_lock);
1616         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1617         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1618
1619         /*
1620          * Insert/Merge it back to the free tree/list.
1621          */
1622         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1623         merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1624         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1625 }
1626
1627 static inline void
1628 preload_this_cpu_lock(spinlock_t *lock, gfp_t gfp_mask, int node)
1629 {
1630         struct vmap_area *va = NULL;
1631
1632         /*
1633          * Preload this CPU with one extra vmap_area object. It is used
1634          * when fit type of free area is NE_FIT_TYPE. It guarantees that
1635          * a CPU that does an allocation is preloaded.
1636          *
1637          * We do it in non-atomic context, thus it allows us to use more
1638          * permissive allocation masks to be more stable under low memory
1639          * condition and high memory pressure.
1640          */
1641         if (!this_cpu_read(ne_fit_preload_node))
1642                 va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1643
1644         spin_lock(lock);
1645
1646         if (va && __this_cpu_cmpxchg(ne_fit_preload_node, NULL, va))
1647                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
1652  * vstart and vend.
1653  */
1654 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
1655                                 unsigned long align,
1656                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
1657                                 int node, gfp_t gfp_mask,
1658                                 unsigned long va_flags)
1659 {
1660         struct vmap_area *va;
1661         unsigned long freed;
1662         unsigned long addr;
1663         int purged = 0;
1664         int ret;
1665
1666         if (unlikely(!size || offset_in_page(size) || !is_power_of_2(align)))
1667                 return ERR_PTR(-EINVAL);
1668
1669         if (unlikely(!vmap_initialized))
1670                 return ERR_PTR(-EBUSY);
1671
1672         might_sleep();
1673         gfp_mask = gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK;
1674
1675         va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep, gfp_mask, node);
1676         if (unlikely(!va))
1677                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1678
1679         /*
1680          * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
1681          * to avoid false negatives.
1682          */
1683         kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask);
1684
1685 retry:
1686         preload_this_cpu_lock(&free_vmap_area_lock, gfp_mask, node);
1687         addr = __alloc_vmap_area(&free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list,
1688                 size, align, vstart, vend);
1689         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1690
1691         trace_alloc_vmap_area(addr, size, align, vstart, vend, addr == vend);
1692
1693         /*
1694          * If an allocation fails, the "vend" address is
1695          * returned. Therefore trigger the overflow path.
1696          */
1697         if (unlikely(addr == vend))
1698                 goto overflow;
1699
1700         va->va_start = addr;
1701         va->va_end = addr + size;
1702         va->vm = NULL;
1703         va->flags = va_flags;
1704
1705         spin_lock(&vmap_area_lock);
1706         insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
1707         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1708
1709         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
1710         BUG_ON(va->va_start < vstart);
1711         BUG_ON(va->va_end > vend);
1712
1713         ret = kasan_populate_vmalloc(addr, size);
1714         if (ret) {
1715                 free_vmap_area(va);
1716                 return ERR_PTR(ret);
1717         }
1718
1719         return va;
1720
1721 overflow:
1722         if (!purged) {
1723                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
1724                 purged = 1;
1725                 goto retry;
1726         }
1727
1728         freed = 0;
1729         blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
1730
1731         if (freed > 0) {
1732                 purged = 0;
1733                 goto retry;
1734         }
1735
1736         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
1737                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
1738                         size);
1739
1740         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1741         return ERR_PTR(-EBUSY);
1742 }
1743
1744 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1745 {
1746         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
1747 }
1748 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
1749
1750 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1751 {
1752         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
1753 }
1754 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
1755
1756 /*
1757  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
1758  * before attempting to purge with a TLB flush.
1759  *
1760  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
1761  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
1762  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
1763  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
1764  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
1765  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
1766  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
1767  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
1768  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
1769  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
1770  * becomes a problem on bigger systems.
1771  */
1772 static unsigned long lazy_max_pages(void)
1773 {
1774         unsigned int log;
1775
1776         log = fls(num_online_cpus());
1777
1778         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
1779 }
1780
1781 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
1782
1783 /*
1784  * Serialize vmap purging.  There is no actual critical section protected
1785  * by this lock, but we want to avoid concurrent calls for performance
1786  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
1787  */
1788 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
1789
1790 /* for per-CPU blocks */
1791 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
1792
1793 /*
1794  * Purges all lazily-freed vmap areas.
1795  */
1796 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end)
1797 {
1798         unsigned long resched_threshold;
1799         unsigned int num_purged_areas = 0;
1800         struct list_head local_purge_list;
1801         struct vmap_area *va, *n_va;
1802
1803         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
1804
1805         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1806         purge_vmap_area_root = RB_ROOT;
1807         list_replace_init(&purge_vmap_area_list, &local_purge_list);
1808         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1809
1810         if (unlikely(list_empty(&local_purge_list)))
1811                 goto out;
1812
1813         start = min(start,
1814                 list_first_entry(&local_purge_list,
1815                         struct vmap_area, list)->va_start);
1816
1817         end = max(end,
1818                 list_last_entry(&local_purge_list,
1819                         struct vmap_area, list)->va_end);
1820
1821         flush_tlb_kernel_range(start, end);
1822         resched_threshold = lazy_max_pages() << 1;
1823
1824         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
1825         list_for_each_entry_safe(va, n_va, &local_purge_list, list) {
1826                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
1827                 unsigned long orig_start = va->va_start;
1828                 unsigned long orig_end = va->va_end;
1829
1830                 /*
1831                  * Finally insert or merge lazily-freed area. It is
1832                  * detached and there is no need to "unlink" it from
1833                  * anything.
1834                  */
1835                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(va, &free_vmap_area_root,
1836                                 &free_vmap_area_list);
1837
1838                 if (!va)
1839                         continue;
1840
1841                 if (is_vmalloc_or_module_addr((void *)orig_start))
1842                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
1843                                               va->va_start, va->va_end);
1844
1845                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
1846                 num_purged_areas++;
1847
1848                 if (atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) < resched_threshold)
1849                         cond_resched_lock(&free_vmap_area_lock);
1850         }
1851         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
1852
1853 out:
1854         trace_purge_vmap_area_lazy(start, end, num_purged_areas);
1855         return num_purged_areas > 0;
1856 }
1857
1858 /*
1859  * Reclaim vmap areas by purging fragmented blocks and purge_vmap_area_list.
1860  */
1861 static void reclaim_and_purge_vmap_areas(void)
1862
1863 {
1864         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1865         purge_fragmented_blocks_allcpus();
1866         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1867         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1868 }
1869
1870 static void drain_vmap_area_work(struct work_struct *work)
1871 {
1872         unsigned long nr_lazy;
1873
1874         do {
1875                 mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1876                 __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1877                 mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1878
1879                 /* Recheck if further work is required. */
1880                 nr_lazy = atomic_long_read(&vmap_lazy_nr);
1881         } while (nr_lazy > lazy_max_pages());
1882 }
1883
1884 /*
1885  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped,
1886  * unlinked and flush_cache_vunmap had been called for the correct
1887  * range previously.
1888  */
1889 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
1890 {
1891         unsigned long nr_lazy_max = lazy_max_pages();
1892         unsigned long va_start = va->va_start;
1893         unsigned long nr_lazy;
1894
1895         if (WARN_ON_ONCE(!list_empty(&va->list)))
1896                 return;
1897
1898         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
1899                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
1900
1901         /*
1902          * Merge or place it to the purge tree/list.
1903          */
1904         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
1905         merge_or_add_vmap_area(va,
1906                 &purge_vmap_area_root, &purge_vmap_area_list);
1907         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
1908
1909         trace_free_vmap_area_noflush(va_start, nr_lazy, nr_lazy_max);
1910
1911         /* After this point, we may free va at any time */
1912         if (unlikely(nr_lazy > nr_lazy_max))
1913                 schedule_work(&drain_vmap_work);
1914 }
1915
1916 /*
1917  * Free and unmap a vmap area
1918  */
1919 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
1920 {
1921         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
1922         vunmap_range_noflush(va->va_start, va->va_end);
1923         if (debug_pagealloc_enabled_static())
1924                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
1925
1926         free_vmap_area_noflush(va);
1927 }
1928
1929 struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
1930 {
1931         struct vmap_area *va;
1932
1933         spin_lock(&vmap_area_lock);
1934         va = __find_vmap_area(addr, &vmap_area_root);
1935         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1936
1937         return va;
1938 }
1939
1940 static struct vmap_area *find_unlink_vmap_area(unsigned long addr)
1941 {
1942         struct vmap_area *va;
1943
1944         spin_lock(&vmap_area_lock);
1945         va = __find_vmap_area(addr, &vmap_area_root);
1946         if (va)
1947                 unlink_va(va, &vmap_area_root);
1948         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1949
1950         return va;
1951 }
1952
1953 /*** Per cpu kva allocator ***/
1954
1955 /*
1956  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
1957  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
1958  */
1959 /*
1960  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
1961  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
1962  * instead (we just need a rough idea)
1963  */
1964 #if BITS_PER_LONG == 32
1965 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
1966 #else
1967 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
1968 #endif
1969
1970 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
1971 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
1972 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
1973 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
1974 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
1975 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
1976 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
1977                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
1978                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
1979                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
1980
1981 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
1982
1983 /*
1984  * Purge threshold to prevent overeager purging of fragmented blocks for
1985  * regular operations: Purge if vb->free is less than 1/4 of the capacity.
1986  */
1987 #define VMAP_PURGE_THRESHOLD    (VMAP_BBMAP_BITS / 4)
1988
1989 #define VMAP_RAM                0x1 /* indicates vm_map_ram area*/
1990 #define VMAP_BLOCK              0x2 /* mark out the vmap_block sub-type*/
1991 #define VMAP_FLAGS_MASK         0x3
1992
1993 struct vmap_block_queue {
1994         spinlock_t lock;
1995         struct list_head free;
1996
1997         /*
1998          * An xarray requires an extra memory dynamically to
1999          * be allocated. If it is an issue, we can use rb-tree
2000          * instead.
2001          */
2002         struct xarray vmap_blocks;
2003 };
2004
2005 struct vmap_block {
2006         spinlock_t lock;
2007         struct vmap_area *va;
2008         unsigned long free, dirty;
2009         DECLARE_BITMAP(used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2010         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
2011         struct list_head free_list;
2012         struct rcu_head rcu_head;
2013         struct list_head purge;
2014 };
2015
2016 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
2017 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
2018
2019 /*
2020  * In order to fast access to any "vmap_block" associated with a
2021  * specific address, we use a hash.
2022  *
2023  * A per-cpu vmap_block_queue is used in both ways, to serialize
2024  * an access to free block chains among CPUs(alloc path) and it
2025  * also acts as a vmap_block hash(alloc/free paths). It means we
2026  * overload it, since we already have the per-cpu array which is
2027  * used as a hash table. When used as a hash a 'cpu' passed to
2028  * per_cpu() is not actually a CPU but rather a hash index.
2029  *
2030  * A hash function is addr_to_vb_xa() which hashes any address
2031  * to a specific index(in a hash) it belongs to. This then uses a
2032  * per_cpu() macro to access an array with generated index.
2033  *
2034  * An example:
2035  *
2036  *  CPU_1  CPU_2  CPU_0
2037  *    |      |      |
2038  *    V      V      V
2039  * 0     10     20     30     40     50     60
2040  * |------|------|------|------|------|------|...<vmap address space>
2041  *   CPU0   CPU1   CPU2   CPU0   CPU1   CPU2
2042  *
2043  * - CPU_1 invokes vm_unmap_ram(6), 6 belongs to CPU0 zone, thus
2044  *   it access: CPU0/INDEX0 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2045  *
2046  * - CPU_2 invokes vm_unmap_ram(11), 11 belongs to CPU1 zone, thus
2047  *   it access: CPU1/INDEX1 -> vmap_blocks -> xa_lock;
2048  *
2049  * - CPU_0 invokes vm_unmap_ram(20), 20 belongs to CPU2 zone, thus
2050  *   it access: CPU2/INDEX2 -> vmap_blocks -> xa_lock.
2051  *
2052  * This technique almost always avoids lock contention on insert/remove,
2053  * however xarray spinlocks protect against any contention that remains.
2054  */
2055 static struct xarray *
2056 addr_to_vb_xa(unsigned long addr)
2057 {
2058         int index = (addr / VMAP_BLOCK_SIZE) % num_possible_cpus();
2059
2060         return &per_cpu(vmap_block_queue, index).vmap_blocks;
2061 }
2062
2063 /*
2064  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
2065  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
2066  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
2067  * big problem.
2068  */
2069
2070 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
2071 {
2072         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
2073         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
2074         return addr;
2075 }
2076
2077 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
2078 {
2079         unsigned long addr;
2080
2081         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
2082         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
2083         return (void *)addr;
2084 }
2085
2086 /**
2087  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
2088  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
2089  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
2090  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
2091  *
2092  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
2093  */
2094 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
2095 {
2096         struct vmap_block_queue *vbq;
2097         struct vmap_block *vb;
2098         struct vmap_area *va;
2099         struct xarray *xa;
2100         unsigned long vb_idx;
2101         int node, err;
2102         void *vaddr;
2103
2104         node = numa_node_id();
2105
2106         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
2107                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2108         if (unlikely(!vb))
2109                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
2110
2111         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
2112                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2113                                         node, gfp_mask,
2114                                         VMAP_RAM|VMAP_BLOCK);
2115         if (IS_ERR(va)) {
2116                 kfree(vb);
2117                 return ERR_CAST(va);
2118         }
2119
2120         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
2121         spin_lock_init(&vb->lock);
2122         vb->va = va;
2123         /* At least something should be left free */
2124         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
2125         bitmap_zero(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS);
2126         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
2127         vb->dirty = 0;
2128         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2129         vb->dirty_max = 0;
2130         bitmap_set(vb->used_map, 0, (1UL << order));
2131         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
2132
2133         xa = addr_to_vb_xa(va->va_start);
2134         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
2135         err = xa_insert(xa, vb_idx, vb, gfp_mask);
2136         if (err) {
2137                 kfree(vb);
2138                 free_vmap_area(va);
2139                 return ERR_PTR(err);
2140         }
2141
2142         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2143         spin_lock(&vbq->lock);
2144         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
2145         spin_unlock(&vbq->lock);
2146
2147         return vaddr;
2148 }
2149
2150 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
2151 {
2152         struct vmap_block *tmp;
2153         struct xarray *xa;
2154
2155         xa = addr_to_vb_xa(vb->va->va_start);
2156         tmp = xa_erase(xa, addr_to_vb_idx(vb->va->va_start));
2157         BUG_ON(tmp != vb);
2158
2159         spin_lock(&vmap_area_lock);
2160         unlink_va(vb->va, &vmap_area_root);
2161         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2162
2163         free_vmap_area_noflush(vb->va);
2164         kfree_rcu(vb, rcu_head);
2165 }
2166
2167 static bool purge_fragmented_block(struct vmap_block *vb,
2168                 struct vmap_block_queue *vbq, struct list_head *purge_list,
2169                 bool force_purge)
2170 {
2171         if (vb->free + vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2172             vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2173                 return false;
2174
2175         /* Don't overeagerly purge usable blocks unless requested */
2176         if (!(force_purge || vb->free < VMAP_PURGE_THRESHOLD))
2177                 return false;
2178
2179         /* prevent further allocs after releasing lock */
2180         WRITE_ONCE(vb->free, 0);
2181         /* prevent purging it again */
2182         WRITE_ONCE(vb->dirty, VMAP_BBMAP_BITS);
2183         vb->dirty_min = 0;
2184         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
2185         spin_lock(&vbq->lock);
2186         list_del_rcu(&vb->free_list);
2187         spin_unlock(&vbq->lock);
2188         list_add_tail(&vb->purge, purge_list);
2189         return true;
2190 }
2191
2192 static void free_purged_blocks(struct list_head *purge_list)
2193 {
2194         struct vmap_block *vb, *n_vb;
2195
2196         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, purge_list, purge) {
2197                 list_del(&vb->purge);
2198                 free_vmap_block(vb);
2199         }
2200 }
2201
2202 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
2203 {
2204         LIST_HEAD(purge);
2205         struct vmap_block *vb;
2206         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2207
2208         rcu_read_lock();
2209         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2210                 unsigned long free = READ_ONCE(vb->free);
2211                 unsigned long dirty = READ_ONCE(vb->dirty);
2212
2213                 if (free + dirty != VMAP_BBMAP_BITS ||
2214                     dirty == VMAP_BBMAP_BITS)
2215                         continue;
2216
2217                 spin_lock(&vb->lock);
2218                 purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge, true);
2219                 spin_unlock(&vb->lock);
2220         }
2221         rcu_read_unlock();
2222         free_purged_blocks(&purge);
2223 }
2224
2225 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
2226 {
2227         int cpu;
2228
2229         for_each_possible_cpu(cpu)
2230                 purge_fragmented_blocks(cpu);
2231 }
2232
2233 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
2234 {
2235         struct vmap_block_queue *vbq;
2236         struct vmap_block *vb;
2237         void *vaddr = NULL;
2238         unsigned int order;
2239
2240         BUG_ON(offset_in_page(size));
2241         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2242         if (WARN_ON(size == 0)) {
2243                 /*
2244                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
2245                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
2246                  * early.
2247                  */
2248                 return NULL;
2249         }
2250         order = get_order(size);
2251
2252         rcu_read_lock();
2253         vbq = raw_cpu_ptr(&vmap_block_queue);
2254         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
2255                 unsigned long pages_off;
2256
2257                 if (READ_ONCE(vb->free) < (1UL << order))
2258                         continue;
2259
2260                 spin_lock(&vb->lock);
2261                 if (vb->free < (1UL << order)) {
2262                         spin_unlock(&vb->lock);
2263                         continue;
2264                 }
2265
2266                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
2267                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
2268                 WRITE_ONCE(vb->free, vb->free - (1UL << order));
2269                 bitmap_set(vb->used_map, pages_off, (1UL << order));
2270                 if (vb->free == 0) {
2271                         spin_lock(&vbq->lock);
2272                         list_del_rcu(&vb->free_list);
2273                         spin_unlock(&vbq->lock);
2274                 }
2275
2276                 spin_unlock(&vb->lock);
2277                 break;
2278         }
2279
2280         rcu_read_unlock();
2281
2282         /* Allocate new block if nothing was found */
2283         if (!vaddr)
2284                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
2285
2286         return vaddr;
2287 }
2288
2289 static void vb_free(unsigned long addr, unsigned long size)
2290 {
2291         unsigned long offset;
2292         unsigned int order;
2293         struct vmap_block *vb;
2294         struct xarray *xa;
2295
2296         BUG_ON(offset_in_page(size));
2297         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
2298
2299         flush_cache_vunmap(addr, addr + size);
2300
2301         order = get_order(size);
2302         offset = (addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1)) >> PAGE_SHIFT;
2303
2304         xa = addr_to_vb_xa(addr);
2305         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx(addr));
2306
2307         spin_lock(&vb->lock);
2308         bitmap_clear(vb->used_map, offset, (1UL << order));
2309         spin_unlock(&vb->lock);
2310
2311         vunmap_range_noflush(addr, addr + size);
2312
2313         if (debug_pagealloc_enabled_static())
2314                 flush_tlb_kernel_range(addr, addr + size);
2315
2316         spin_lock(&vb->lock);
2317
2318         /* Expand the not yet TLB flushed dirty range */
2319         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
2320         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
2321
2322         WRITE_ONCE(vb->dirty, vb->dirty + (1UL << order));
2323         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
2324                 BUG_ON(vb->free);
2325                 spin_unlock(&vb->lock);
2326                 free_vmap_block(vb);
2327         } else
2328                 spin_unlock(&vb->lock);
2329 }
2330
2331 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
2332 {
2333         LIST_HEAD(purge_list);
2334         int cpu;
2335
2336         if (unlikely(!vmap_initialized))
2337                 return;
2338
2339         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
2340
2341         for_each_possible_cpu(cpu) {
2342                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
2343                 struct vmap_block *vb;
2344                 unsigned long idx;
2345
2346                 rcu_read_lock();
2347                 xa_for_each(&vbq->vmap_blocks, idx, vb) {
2348                         spin_lock(&vb->lock);
2349
2350                         /*
2351                          * Try to purge a fragmented block first. If it's
2352                          * not purgeable, check whether there is dirty
2353                          * space to be flushed.
2354                          */
2355                         if (!purge_fragmented_block(vb, vbq, &purge_list, false) &&
2356                             vb->dirty_max && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
2357                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
2358                                 unsigned long s, e;
2359
2360                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
2361                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
2362
2363                                 start = min(s, start);
2364                                 end   = max(e, end);
2365
2366                                 /* Prevent that this is flushed again */
2367                                 vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
2368                                 vb->dirty_max = 0;
2369
2370                                 flush = 1;
2371                         }
2372                         spin_unlock(&vb->lock);
2373                 }
2374                 rcu_read_unlock();
2375         }
2376         free_purged_blocks(&purge_list);
2377
2378         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end) && flush)
2379                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
2380         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
2381 }
2382
2383 /**
2384  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
2385  *
2386  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
2387  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
2388  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
2389  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
2390  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
2391  *
2392  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
2393  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
2394  * from the vmap layer.
2395  */
2396 void vm_unmap_aliases(void)
2397 {
2398         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2399         int flush = 0;
2400
2401         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
2402 }
2403 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
2404
2405 /**
2406  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
2407  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
2408  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
2409  */
2410 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
2411 {
2412         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2413         unsigned long addr = (unsigned long)kasan_reset_tag(mem);
2414         struct vmap_area *va;
2415
2416         might_sleep();
2417         BUG_ON(!addr);
2418         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
2419         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
2420         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
2421
2422         kasan_poison_vmalloc(mem, size);
2423
2424         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2425                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
2426                 vb_free(addr, size);
2427                 return;
2428         }
2429
2430         va = find_unlink_vmap_area(addr);
2431         if (WARN_ON_ONCE(!va))
2432                 return;
2433
2434         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
2435                                     (va->va_end - va->va_start));
2436         free_unmap_vmap_area(va);
2437 }
2438 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
2439
2440 /**
2441  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
2442  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
2443  * @count: number of pages
2444  * @node: prefer to allocate data structures on this node
2445  *
2446  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
2447  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
2448  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
2449  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
2450  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
2451  *
2452  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
2453  */
2454 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node)
2455 {
2456         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2457         unsigned long addr;
2458         void *mem;
2459
2460         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
2461                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
2462                 if (IS_ERR(mem))
2463                         return NULL;
2464                 addr = (unsigned long)mem;
2465         } else {
2466                 struct vmap_area *va;
2467                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
2468                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2469                                 node, GFP_KERNEL, VMAP_RAM);
2470                 if (IS_ERR(va))
2471                         return NULL;
2472
2473                 addr = va->va_start;
2474                 mem = (void *)addr;
2475         }
2476
2477         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, PAGE_KERNEL,
2478                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2479                 vm_unmap_ram(mem, count);
2480                 return NULL;
2481         }
2482
2483         /*
2484          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
2485          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
2486          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
2487          */
2488         mem = kasan_unpoison_vmalloc(mem, size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
2489
2490         return mem;
2491 }
2492 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
2493
2494 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
2495
2496 static inline unsigned int vm_area_page_order(struct vm_struct *vm)
2497 {
2498 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2499         return vm->page_order;
2500 #else
2501         return 0;
2502 #endif
2503 }
2504
2505 static inline void set_vm_area_page_order(struct vm_struct *vm, unsigned int order)
2506 {
2507 #ifdef CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMALLOC
2508         vm->page_order = order;
2509 #else
2510         BUG_ON(order != 0);
2511 #endif
2512 }
2513
2514 /**
2515  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
2516  * @vm: vm_struct to add
2517  *
2518  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
2519  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
2520  * should contain proper values and the other fields should be zero.
2521  *
2522  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2523  */
2524 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
2525 {
2526         struct vm_struct *tmp, **p;
2527
2528         BUG_ON(vmap_initialized);
2529         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
2530                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
2531                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
2532                         break;
2533                 } else
2534                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
2535         }
2536         vm->next = *p;
2537         *p = vm;
2538 }
2539
2540 /**
2541  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
2542  * @vm: vm_struct to register
2543  * @align: requested alignment
2544  *
2545  * This function is used to register kernel vm area before
2546  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
2547  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
2548  * vm->addr contains the allocated address.
2549  *
2550  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
2551  */
2552 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
2553 {
2554         unsigned long addr = ALIGN(VMALLOC_START, align);
2555         struct vm_struct *cur, **p;
2556
2557         BUG_ON(vmap_initialized);
2558
2559         for (p = &vmlist; (cur = *p) != NULL; p = &cur->next) {
2560                 if ((unsigned long)cur->addr - addr >= vm->size)
2561                         break;
2562                 addr = ALIGN((unsigned long)cur->addr + cur->size, align);
2563         }
2564
2565         BUG_ON(addr > VMALLOC_END - vm->size);
2566         vm->addr = (void *)addr;
2567         vm->next = *p;
2568         *p = vm;
2569         kasan_populate_early_vm_area_shadow(vm->addr, vm->size);
2570 }
2571
2572 static void vmap_init_free_space(void)
2573 {
2574         unsigned long vmap_start = 1;
2575         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
2576         struct vmap_area *busy, *free;
2577
2578         /*
2579          *     B     F     B     B     B     F
2580          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
2581          *  |           The KVA space           |
2582          *  |<--------------------------------->|
2583          */
2584         list_for_each_entry(busy, &vmap_area_list, list) {
2585                 if (busy->va_start - vmap_start > 0) {
2586                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2587                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2588                                 free->va_start = vmap_start;
2589                                 free->va_end = busy->va_start;
2590
2591                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2592                                         &free_vmap_area_root,
2593                                                 &free_vmap_area_list);
2594                         }
2595                 }
2596
2597                 vmap_start = busy->va_end;
2598         }
2599
2600         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
2601                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
2602                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
2603                         free->va_start = vmap_start;
2604                         free->va_end = vmap_end;
2605
2606                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
2607                                 &free_vmap_area_root,
2608                                         &free_vmap_area_list);
2609                 }
2610         }
2611 }
2612
2613 static inline void setup_vmalloc_vm_locked(struct vm_struct *vm,
2614         struct vmap_area *va, unsigned long flags, const void *caller)
2615 {
2616         vm->flags = flags;
2617         vm->addr = (void *)va->va_start;
2618         vm->size = va->va_end - va->va_start;
2619         vm->caller = caller;
2620         va->vm = vm;
2621 }
2622
2623 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
2624                               unsigned long flags, const void *caller)
2625 {
2626         spin_lock(&vmap_area_lock);
2627         setup_vmalloc_vm_locked(vm, va, flags, caller);
2628         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2629 }
2630
2631 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
2632 {
2633         /*
2634          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
2635          * we should make sure that vm has proper values.
2636          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
2637          */
2638         smp_wmb();
2639         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
2640 }
2641
2642 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
2643                 unsigned long align, unsigned long shift, unsigned long flags,
2644                 unsigned long start, unsigned long end, int node,
2645                 gfp_t gfp_mask, const void *caller)
2646 {
2647         struct vmap_area *va;
2648         struct vm_struct *area;
2649         unsigned long requested_size = size;
2650
2651         BUG_ON(in_interrupt());
2652         size = ALIGN(size, 1ul << shift);
2653         if (unlikely(!size))
2654                 return NULL;
2655
2656         if (flags & VM_IOREMAP)
2657                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
2658                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
2659
2660         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
2661         if (unlikely(!area))
2662                 return NULL;
2663
2664         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
2665                 size += PAGE_SIZE;
2666
2667         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask, 0);
2668         if (IS_ERR(va)) {
2669                 kfree(area);
2670                 return NULL;
2671         }
2672
2673         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
2674
2675         /*
2676          * Mark pages for non-VM_ALLOC mappings as accessible. Do it now as a
2677          * best-effort approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
2678          * For VM_ALLOC mappings, the pages are marked as accessible after
2679          * getting mapped in __vmalloc_node_range().
2680          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
2681          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
2682          */
2683         if (!(flags & VM_ALLOC))
2684                 area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, requested_size,
2685                                                     KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
2686
2687         return area;
2688 }
2689
2690 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2691                                        unsigned long start, unsigned long end,
2692                                        const void *caller)
2693 {
2694         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags, start, end,
2695                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2696 }
2697
2698 /**
2699  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
2700  * @size:        size of the area
2701  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
2702  *
2703  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
2704  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
2705  * on success or %NULL on failure.
2706  *
2707  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2708  */
2709 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
2710 {
2711         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2712                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2713                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
2714                                   __builtin_return_address(0));
2715 }
2716
2717 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
2718                                 const void *caller)
2719 {
2720         return __get_vm_area_node(size, 1, PAGE_SHIFT, flags,
2721                                   VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2722                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
2723 }
2724
2725 /**
2726  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
2727  * @addr:         base address
2728  *
2729  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
2730  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
2731  * pointer valid.
2732  *
2733  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2734  */
2735 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
2736 {
2737         struct vmap_area *va;
2738
2739         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
2740         if (!va)
2741                 return NULL;
2742
2743         return va->vm;
2744 }
2745
2746 /**
2747  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
2748  * @addr:           base address
2749  *
2750  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
2751  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
2752  * on SMP machines, except for its size or flags.
2753  *
2754  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
2755  */
2756 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
2757 {
2758         struct vmap_area *va;
2759         struct vm_struct *vm;
2760
2761         might_sleep();
2762
2763         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
2764                         addr))
2765                 return NULL;
2766
2767         va = find_unlink_vmap_area((unsigned long)addr);
2768         if (!va || !va->vm)
2769                 return NULL;
2770         vm = va->vm;
2771
2772         debug_check_no_locks_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
2773         debug_check_no_obj_freed(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
2774         kasan_free_module_shadow(vm);
2775         kasan_poison_vmalloc(vm->addr, get_vm_area_size(vm));
2776
2777         free_unmap_vmap_area(va);
2778         return vm;
2779 }
2780
2781 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
2782                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
2783 {
2784         int i;
2785
2786         /* HUGE_VMALLOC passes small pages to set_direct_map */
2787         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
2788                 if (page_address(area->pages[i]))
2789                         set_direct_map(area->pages[i]);
2790 }
2791
2792 /*
2793  * Flush the vm mapping and reset the direct map.
2794  */
2795 static void vm_reset_perms(struct vm_struct *area)
2796 {
2797         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2798         unsigned int page_order = vm_area_page_order(area);
2799         int flush_dmap = 0;
2800         int i;
2801
2802         /*
2803          * Find the start and end range of the direct mappings to make sure that
2804          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
2805          */
2806         for (i = 0; i < area->nr_pages; i += 1U << page_order) {
2807                 unsigned long addr = (unsigned long)page_address(area->pages[i]);
2808
2809                 if (addr) {
2810                         unsigned long page_size;
2811
2812                         page_size = PAGE_SIZE << page_order;
2813                         start = min(addr, start);
2814                         end = max(addr + page_size, end);
2815                         flush_dmap = 1;
2816                 }
2817         }
2818
2819         /*
2820          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
2821          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
2822          * reset the direct map permissions to the default.
2823          */
2824         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
2825         _vm_unmap_aliases(start, end, flush_dmap);
2826         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
2827 }
2828
2829 static void delayed_vfree_work(struct work_struct *w)
2830 {
2831         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
2832         struct llist_node *t, *llnode;
2833
2834         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
2835                 vfree(llnode);
2836 }
2837
2838 /**
2839  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
2840  * @addr:         memory base address
2841  *
2842  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
2843  * except NMIs.
2844  */
2845 void vfree_atomic(const void *addr)
2846 {
2847         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
2848
2849         BUG_ON(in_nmi());
2850         kmemleak_free(addr);
2851
2852         /*
2853          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
2854          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
2855          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
2856          * another cpu's list. schedule_work() should be fine with this too.
2857          */
2858         if (addr && llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
2859                 schedule_work(&p->wq);
2860 }
2861
2862 /**
2863  * vfree - Release memory allocated by vmalloc()
2864  * @addr:  Memory base address
2865  *
2866  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as obtained
2867  * from one of the vmalloc() family of APIs.  This will usually also free the
2868  * physical memory underlying the virtual allocation, but that memory is
2869  * reference counted, so it will not be freed until the last user goes away.
2870  *
2871  * If @addr is NULL, no operation is performed.
2872  *
2873  * Context:
2874  * May sleep if called *not* from interrupt context.
2875  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, it could be
2876  * if we have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
2877  * conventions for vfree() arch-dependent would be a really bad idea).
2878  */
2879 void vfree(const void *addr)
2880 {
2881         struct vm_struct *vm;
2882         int i;
2883
2884         if (unlikely(in_interrupt())) {
2885                 vfree_atomic(addr);
2886                 return;
2887         }
2888
2889         BUG_ON(in_nmi());
2890         kmemleak_free(addr);
2891         might_sleep();
2892
2893         if (!addr)
2894                 return;
2895
2896         vm = remove_vm_area(addr);
2897         if (unlikely(!vm)) {
2898                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
2899                                 addr);
2900                 return;
2901         }
2902
2903         if (unlikely(vm->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
2904                 vm_reset_perms(vm);
2905         for (i = 0; i < vm->nr_pages; i++) {
2906                 struct page *page = vm->pages[i];
2907
2908                 BUG_ON(!page);
2909                 mod_memcg_page_state(page, MEMCG_VMALLOC, -1);
2910                 /*
2911                  * High-order allocs for huge vmallocs are split, so
2912                  * can be freed as an array of order-0 allocations
2913                  */
2914                 __free_page(page);
2915                 cond_resched();
2916         }
2917         atomic_long_sub(vm->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
2918         kvfree(vm->pages);
2919         kfree(vm);
2920 }
2921 EXPORT_SYMBOL(vfree);
2922
2923 /**
2924  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
2925  * @addr:   memory base address
2926  *
2927  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
2928  * which was created from the page array passed to vmap().
2929  *
2930  * Must not be called in interrupt context.
2931  */
2932 void vunmap(const void *addr)
2933 {
2934         struct vm_struct *vm;
2935
2936         BUG_ON(in_interrupt());
2937         might_sleep();
2938
2939         if (!addr)
2940                 return;
2941         vm = remove_vm_area(addr);
2942         if (unlikely(!vm)) {
2943                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vunmap() nonexistent vm area (%p)\n",
2944                                 addr);
2945                 return;
2946         }
2947         kfree(vm);
2948 }
2949 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
2950
2951 /**
2952  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
2953  * @pages: array of page pointers
2954  * @count: number of pages to map
2955  * @flags: vm_area->flags
2956  * @prot: page protection for the mapping
2957  *
2958  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual space.
2959  * If @flags contains %VM_MAP_PUT_PAGES the ownership of the pages array itself
2960  * (which must be kmalloc or vmalloc memory) and one reference per pages in it
2961  * are transferred from the caller to vmap(), and will be freed / dropped when
2962  * vfree() is called on the return value.
2963  *
2964  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2965  */
2966 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
2967            unsigned long flags, pgprot_t prot)
2968 {
2969         struct vm_struct *area;
2970         unsigned long addr;
2971         unsigned long size;             /* In bytes */
2972
2973         might_sleep();
2974
2975         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS))
2976                 return NULL;
2977
2978         /*
2979          * Your top guard is someone else's bottom guard. Not having a top
2980          * guard compromises someone else's mappings too.
2981          */
2982         if (WARN_ON_ONCE(flags & VM_NO_GUARD))
2983                 flags &= ~VM_NO_GUARD;
2984
2985         if (count > totalram_pages())
2986                 return NULL;
2987
2988         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2989         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
2990         if (!area)
2991                 return NULL;
2992
2993         addr = (unsigned long)area->addr;
2994         if (vmap_pages_range(addr, addr + size, pgprot_nx(prot),
2995                                 pages, PAGE_SHIFT) < 0) {
2996                 vunmap(area->addr);
2997                 return NULL;
2998         }
2999
3000         if (flags & VM_MAP_PUT_PAGES) {
3001                 area->pages = pages;
3002                 area->nr_pages = count;
3003         }
3004         return area->addr;
3005 }
3006 EXPORT_SYMBOL(vmap);
3007
3008 #ifdef CONFIG_VMAP_PFN
3009 struct vmap_pfn_data {
3010         unsigned long   *pfns;
3011         pgprot_t        prot;
3012         unsigned int    idx;
3013 };
3014
3015 static int vmap_pfn_apply(pte_t *pte, unsigned long addr, void *private)
3016 {
3017         struct vmap_pfn_data *data = private;
3018         unsigned long pfn = data->pfns[data->idx];
3019         pte_t ptent;
3020
3021         if (WARN_ON_ONCE(pfn_valid(pfn)))
3022                 return -EINVAL;
3023
3024         ptent = pte_mkspecial(pfn_pte(pfn, data->prot));
3025         set_pte_at(&init_mm, addr, pte, ptent);
3026
3027         data->idx++;
3028         return 0;
3029 }
3030
3031 /**
3032  * vmap_pfn - map an array of PFNs into virtually contiguous space
3033  * @pfns: array of PFNs
3034  * @count: number of pages to map
3035  * @prot: page protection for the mapping
3036  *
3037  * Maps @count PFNs from @pfns into contiguous kernel virtual space and returns
3038  * the start address of the mapping.
3039  */
3040 void *vmap_pfn(unsigned long *pfns, unsigned int count, pgprot_t prot)
3041 {
3042         struct vmap_pfn_data data = { .pfns = pfns, .prot = pgprot_nx(prot) };
3043         struct vm_struct *area;
3044
3045         area = get_vm_area_caller(count * PAGE_SIZE, VM_IOREMAP,
3046                         __builtin_return_address(0));
3047         if (!area)
3048                 return NULL;
3049         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
3050                         count * PAGE_SIZE, vmap_pfn_apply, &data)) {
3051                 free_vm_area(area);
3052                 return NULL;
3053         }
3054
3055         flush_cache_vmap((unsigned long)area->addr,
3056                          (unsigned long)area->addr + count * PAGE_SIZE);
3057
3058         return area->addr;
3059 }
3060 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmap_pfn);
3061 #endif /* CONFIG_VMAP_PFN */
3062
3063 static inline unsigned int
3064 vm_area_alloc_pages(gfp_t gfp, int nid,
3065                 unsigned int order, unsigned int nr_pages, struct page **pages)
3066 {
3067         unsigned int nr_allocated = 0;
3068         gfp_t alloc_gfp = gfp;
3069         bool nofail = false;
3070         struct page *page;
3071         int i;
3072
3073         /*
3074          * For order-0 pages we make use of bulk allocator, if
3075          * the page array is partly or not at all populated due
3076          * to fails, fallback to a single page allocator that is
3077          * more permissive.
3078          */
3079         if (!order) {
3080                 /* bulk allocator doesn't support nofail req. officially */
3081                 gfp_t bulk_gfp = gfp & ~__GFP_NOFAIL;
3082
3083                 while (nr_allocated < nr_pages) {
3084                         unsigned int nr, nr_pages_request;
3085
3086                         /*
3087                          * A maximum allowed request is hard-coded and is 100
3088                          * pages per call. That is done in order to prevent a
3089                          * long preemption off scenario in the bulk-allocator
3090                          * so the range is [1:100].
3091                          */
3092                         nr_pages_request = min(100U, nr_pages - nr_allocated);
3093
3094                         /* memory allocation should consider mempolicy, we can't
3095                          * wrongly use nearest node when nid == NUMA_NO_NODE,
3096                          * otherwise memory may be allocated in only one node,
3097                          * but mempolicy wants to alloc memory by interleaving.
3098                          */
3099                         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA) && nid == NUMA_NO_NODE)
3100                                 nr = alloc_pages_bulk_array_mempolicy(bulk_gfp,
3101                                                         nr_pages_request,
3102                                                         pages + nr_allocated);
3103
3104                         else
3105                                 nr = alloc_pages_bulk_array_node(bulk_gfp, nid,
3106                                                         nr_pages_request,
3107                                                         pages + nr_allocated);
3108
3109                         nr_allocated += nr;
3110                         cond_resched();
3111
3112                         /*
3113                          * If zero or pages were obtained partly,
3114                          * fallback to a single page allocator.
3115                          */
3116                         if (nr != nr_pages_request)
3117                                 break;
3118                 }
3119         } else if (gfp & __GFP_NOFAIL) {
3120                 /*
3121                  * Higher order nofail allocations are really expensive and
3122                  * potentially dangerous (pre-mature OOM, disruptive reclaim
3123                  * and compaction etc.
3124                  */
3125                 alloc_gfp &= ~__GFP_NOFAIL;
3126                 nofail = true;
3127         }
3128
3129         /* High-order pages or fallback path if "bulk" fails. */
3130         while (nr_allocated < nr_pages) {
3131                 if (fatal_signal_pending(current))
3132                         break;
3133
3134                 if (nid == NUMA_NO_NODE)
3135                         page = alloc_pages(alloc_gfp, order);
3136                 else
3137                         page = alloc_pages_node(nid, alloc_gfp, order);
3138                 if (unlikely(!page)) {
3139                         if (!nofail)
3140                                 break;
3141
3142                         /* fall back to the zero order allocations */
3143                         alloc_gfp |= __GFP_NOFAIL;
3144                         order = 0;
3145                         continue;
3146                 }
3147
3148                 /*
3149                  * Higher order allocations must be able to be treated as
3150                  * indepdenent small pages by callers (as they can with
3151                  * small-page vmallocs). Some drivers do their own refcounting
3152                  * on vmalloc_to_page() pages, some use page->mapping,
3153                  * page->lru, etc.
3154                  */
3155                 if (order)
3156                         split_page(page, order);
3157
3158                 /*
3159                  * Careful, we allocate and map page-order pages, but
3160                  * tracking is done per PAGE_SIZE page so as to keep the
3161                  * vm_struct APIs independent of the physical/mapped size.
3162                  */
3163                 for (i = 0; i < (1U << order); i++)
3164                         pages[nr_allocated + i] = page + i;
3165
3166                 cond_resched();
3167                 nr_allocated += 1U << order;
3168         }
3169
3170         return nr_allocated;
3171 }
3172
3173 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
3174                                  pgprot_t prot, unsigned int page_shift,
3175                                  int node)
3176 {
3177         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
3178         bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3179         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
3180         unsigned long size = get_vm_area_size(area);
3181         unsigned long array_size;
3182         unsigned int nr_small_pages = size >> PAGE_SHIFT;
3183         unsigned int page_order;
3184         unsigned int flags;
3185         int ret;
3186
3187         array_size = (unsigned long)nr_small_pages * sizeof(struct page *);
3188
3189         if (!(gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)))
3190                 gfp_mask |= __GFP_HIGHMEM;
3191
3192         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
3193         if (array_size > PAGE_SIZE) {
3194                 area->pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp, node,
3195                                         area->caller);
3196         } else {
3197                 area->pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
3198         }
3199
3200         if (!area->pages) {
3201                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3202                         "vmalloc error: size %lu, failed to allocated page array size %lu",
3203                         nr_small_pages * PAGE_SIZE, array_size);
3204                 free_vm_area(area);
3205                 return NULL;
3206         }
3207
3208         set_vm_area_page_order(area, page_shift - PAGE_SHIFT);
3209         page_order = vm_area_page_order(area);
3210
3211         area->nr_pages = vm_area_alloc_pages(gfp_mask | __GFP_NOWARN,
3212                 node, page_order, nr_small_pages, area->pages);
3213
3214         atomic_long_add(area->nr_pages, &nr_vmalloc_pages);
3215         if (gfp_mask & __GFP_ACCOUNT) {
3216                 int i;
3217
3218                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
3219                         mod_memcg_page_state(area->pages[i], MEMCG_VMALLOC, 1);
3220         }
3221
3222         /*
3223          * If not enough pages were obtained to accomplish an
3224          * allocation request, free them via vfree() if any.
3225          */
3226         if (area->nr_pages != nr_small_pages) {
3227                 /*
3228                  * vm_area_alloc_pages() can fail due to insufficient memory but
3229                  * also:-
3230                  *
3231                  * - a pending fatal signal
3232                  * - insufficient huge page-order pages
3233                  *
3234                  * Since we always retry allocations at order-0 in the huge page
3235                  * case a warning for either is spurious.
3236                  */
3237                 if (!fatal_signal_pending(current) && page_order == 0)
3238                         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3239                                 "vmalloc error: size %lu, failed to allocate pages",
3240                                 area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3241                 goto fail;
3242         }
3243
3244         /*
3245          * page tables allocations ignore external gfp mask, enforce it
3246          * by the scope API
3247          */
3248         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3249                 flags = memalloc_nofs_save();
3250         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3251                 flags = memalloc_noio_save();
3252
3253         do {
3254                 ret = vmap_pages_range(addr, addr + size, prot, area->pages,
3255                         page_shift);
3256                 if (nofail && (ret < 0))
3257                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3258         } while (nofail && (ret < 0));
3259
3260         if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == __GFP_IO)
3261                 memalloc_nofs_restore(flags);
3262         else if ((gfp_mask & (__GFP_FS | __GFP_IO)) == 0)
3263                 memalloc_noio_restore(flags);
3264
3265         if (ret < 0) {
3266                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3267                         "vmalloc error: size %lu, failed to map pages",
3268                         area->nr_pages * PAGE_SIZE);
3269                 goto fail;
3270         }
3271
3272         return area->addr;
3273
3274 fail:
3275         vfree(area->addr);
3276         return NULL;
3277 }
3278
3279 /**
3280  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
3281  * @size:                 allocation size
3282  * @align:                desired alignment
3283  * @start:                vm area range start
3284  * @end:                  vm area range end
3285  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
3286  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
3287  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
3288  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3289  * @caller:               caller's return address
3290  *
3291  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3292  * allocator with @gfp_mask flags. Please note that the full set of gfp
3293  * flags are not supported. GFP_KERNEL, GFP_NOFS and GFP_NOIO are all
3294  * supported.
3295  * Zone modifiers are not supported. From the reclaim modifiers
3296  * __GFP_DIRECT_RECLAIM is required (aka GFP_NOWAIT is not supported)
3297  * and only __GFP_NOFAIL is supported (i.e. __GFP_NORETRY and
3298  * __GFP_RETRY_MAYFAIL are not supported).
3299  *
3300  * __GFP_NOWARN can be used to suppress failures messages.
3301  *
3302  * Map them into contiguous kernel virtual space, using a pagetable
3303  * protection of @prot.
3304  *
3305  * Return: the address of the area or %NULL on failure
3306  */
3307 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
3308                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
3309                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
3310                         const void *caller)
3311 {
3312         struct vm_struct *area;
3313         void *ret;
3314         kasan_vmalloc_flags_t kasan_flags = KASAN_VMALLOC_NONE;
3315         unsigned long real_size = size;
3316         unsigned long real_align = align;
3317         unsigned int shift = PAGE_SHIFT;
3318
3319         if (WARN_ON_ONCE(!size))
3320                 return NULL;
3321
3322         if ((size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages()) {
3323                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3324                         "vmalloc error: size %lu, exceeds total pages",
3325                         real_size);
3326                 return NULL;
3327         }
3328
3329         if (vmap_allow_huge && (vm_flags & VM_ALLOW_HUGE_VMAP)) {
3330                 unsigned long size_per_node;
3331
3332                 /*
3333                  * Try huge pages. Only try for PAGE_KERNEL allocations,
3334                  * others like modules don't yet expect huge pages in
3335                  * their allocations due to apply_to_page_range not
3336                  * supporting them.
3337                  */
3338
3339                 size_per_node = size;
3340                 if (node == NUMA_NO_NODE)
3341                         size_per_node /= num_online_nodes();
3342                 if (arch_vmap_pmd_supported(prot) && size_per_node >= PMD_SIZE)
3343                         shift = PMD_SHIFT;
3344                 else
3345                         shift = arch_vmap_pte_supported_shift(size_per_node);
3346
3347                 align = max(real_align, 1UL << shift);
3348                 size = ALIGN(real_size, 1UL << shift);
3349         }
3350
3351 again:
3352         area = __get_vm_area_node(real_size, align, shift, VM_ALLOC |
3353                                   VM_UNINITIALIZED | vm_flags, start, end, node,
3354                                   gfp_mask, caller);
3355         if (!area) {
3356                 bool nofail = gfp_mask & __GFP_NOFAIL;
3357                 warn_alloc(gfp_mask, NULL,
3358                         "vmalloc error: size %lu, vm_struct allocation failed%s",
3359                         real_size, (nofail) ? ". Retrying." : "");
3360                 if (nofail) {
3361                         schedule_timeout_uninterruptible(1);
3362                         goto again;
3363                 }
3364                 goto fail;
3365         }
3366
3367         /*
3368          * Prepare arguments for __vmalloc_area_node() and
3369          * kasan_unpoison_vmalloc().
3370          */
3371         if (pgprot_val(prot) == pgprot_val(PAGE_KERNEL)) {
3372                 if (kasan_hw_tags_enabled()) {
3373                         /*
3374                          * Modify protection bits to allow tagging.
3375                          * This must be done before mapping.
3376                          */
3377                         prot = arch_vmap_pgprot_tagged(prot);
3378
3379                         /*
3380                          * Skip page_alloc poisoning and zeroing for physical
3381                          * pages backing VM_ALLOC mapping. Memory is instead
3382                          * poisoned and zeroed by kasan_unpoison_vmalloc().
3383                          */
3384                         gfp_mask |= __GFP_SKIP_KASAN | __GFP_SKIP_ZERO;
3385                 }
3386
3387                 /* Take note that the mapping is PAGE_KERNEL. */
3388                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL;
3389         }
3390
3391         /* Allocate physical pages and map them into vmalloc space. */
3392         ret = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, shift, node);
3393         if (!ret)
3394                 goto fail;
3395
3396         /*
3397          * Mark the pages as accessible, now that they are mapped.
3398          * The condition for setting KASAN_VMALLOC_INIT should complement the
3399          * one in post_alloc_hook() with regards to the __GFP_SKIP_ZERO check
3400          * to make sure that memory is initialized under the same conditions.
3401          * Tag-based KASAN modes only assign tags to normal non-executable
3402          * allocations, see __kasan_unpoison_vmalloc().
3403          */
3404         kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_VM_ALLOC;
3405         if (!want_init_on_free() && want_init_on_alloc(gfp_mask) &&
3406             (gfp_mask & __GFP_SKIP_ZERO))
3407                 kasan_flags |= KASAN_VMALLOC_INIT;
3408         /* KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL already set if required. */
3409         area->addr = kasan_unpoison_vmalloc(area->addr, real_size, kasan_flags);
3410
3411         /*
3412          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
3413          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
3414          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
3415          */
3416         clear_vm_uninitialized_flag(area);
3417
3418         size = PAGE_ALIGN(size);
3419         if (!(vm_flags & VM_DEFER_KMEMLEAK))
3420                 kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
3421
3422         return area->addr;
3423
3424 fail:
3425         if (shift > PAGE_SHIFT) {
3426                 shift = PAGE_SHIFT;
3427                 align = real_align;
3428                 size = real_size;
3429                 goto again;
3430         }
3431
3432         return NULL;
3433 }
3434
3435 /**
3436  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
3437  * @size:           allocation size
3438  * @align:          desired alignment
3439  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
3440  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
3441  * @caller:         caller's return address
3442  *
3443  * Allocate enough pages to cover @size from the page level allocator with
3444  * @gfp_mask flags.  Map them into contiguous kernel virtual space.
3445  *
3446  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
3447  * and __GFP_NOFAIL are not supported
3448  *
3449  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
3450  * with mm people.
3451  *
3452  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3453  */
3454 void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
3455                             gfp_t gfp_mask, int node, const void *caller)
3456 {
3457         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3458                                 gfp_mask, PAGE_KERNEL, 0, node, caller);
3459 }
3460 /*
3461  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
3462  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
3463  * than that.
3464  */
3465 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
3466 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node);
3467 #endif
3468
3469 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3470 {
3471         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, NUMA_NO_NODE,
3472                                 __builtin_return_address(0));
3473 }
3474 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
3475
3476 /**
3477  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
3478  * @size:    allocation size
3479  *
3480  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3481  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3482  *
3483  * For tight control over page level allocator and protection flags
3484  * use __vmalloc() instead.
3485  *
3486  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3487  */
3488 void *vmalloc(unsigned long size)
3489 {
3490         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, NUMA_NO_NODE,
3491                                 __builtin_return_address(0));
3492 }
3493 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
3494
3495 /**
3496  * vmalloc_huge - allocate virtually contiguous memory, allow huge pages
3497  * @size:      allocation size
3498  * @gfp_mask:  flags for the page level allocator
3499  *
3500  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3501  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3502  * If @size is greater than or equal to PMD_SIZE, allow using
3503  * huge pages for the memory
3504  *
3505  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3506  */
3507 void *vmalloc_huge(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
3508 {
3509         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3510                                     gfp_mask, PAGE_KERNEL, VM_ALLOW_HUGE_VMAP,
3511                                     NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
3512 }
3513 EXPORT_SYMBOL_GPL(vmalloc_huge);
3514
3515 /**
3516  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
3517  * @size:    allocation size
3518  *
3519  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3520  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3521  * The memory allocated is set to zero.
3522  *
3523  * For tight control over page level allocator and protection flags
3524  * use __vmalloc() instead.
3525  *
3526  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3527  */
3528 void *vzalloc(unsigned long size)
3529 {
3530         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, NUMA_NO_NODE,
3531                                 __builtin_return_address(0));
3532 }
3533 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
3534
3535 /**
3536  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
3537  * @size: allocation size
3538  *
3539  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
3540  * without leaking data.
3541  *
3542  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3543  */
3544 void *vmalloc_user(unsigned long size)
3545 {
3546         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3547                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3548                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3549                                     __builtin_return_address(0));
3550 }
3551 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
3552
3553 /**
3554  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
3555  * @size:         allocation size
3556  * @node:         numa node
3557  *
3558  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3559  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3560  *
3561  * For tight control over page level allocator and protection flags
3562  * use __vmalloc() instead.
3563  *
3564  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3565  */
3566 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
3567 {
3568         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, node,
3569                         __builtin_return_address(0));
3570 }
3571 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
3572
3573 /**
3574  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
3575  * @size:       allocation size
3576  * @node:       numa node
3577  *
3578  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
3579  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3580  * The memory allocated is set to zero.
3581  *
3582  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3583  */
3584 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
3585 {
3586         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, node,
3587                                 __builtin_return_address(0));
3588 }
3589 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
3590
3591 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
3592 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3593 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
3594 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
3595 #else
3596 /*
3597  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
3598  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
3599  */
3600 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
3601 #endif
3602
3603 /**
3604  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
3605  * @size:       allocation size
3606  *
3607  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
3608  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
3609  *
3610  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3611  */
3612 void *vmalloc_32(unsigned long size)
3613 {
3614         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, NUMA_NO_NODE,
3615                         __builtin_return_address(0));
3616 }
3617 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
3618
3619 /**
3620  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
3621  * @size:            allocation size
3622  *
3623  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
3624  * mapped to userspace without leaking data.
3625  *
3626  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
3627  */
3628 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
3629 {
3630         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
3631                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
3632                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
3633                                     __builtin_return_address(0));
3634 }
3635 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
3636
3637 /*
3638  * Atomically zero bytes in the iterator.
3639  *
3640  * Returns the number of zeroed bytes.
3641  */
3642 static size_t zero_iter(struct iov_iter *iter, size_t count)
3643 {
3644         size_t remains = count;
3645
3646         while (remains > 0) {
3647                 size_t num, copied;
3648
3649                 num = min_t(size_t, remains, PAGE_SIZE);
3650                 copied = copy_page_to_iter_nofault(ZERO_PAGE(0), 0, num, iter);
3651                 remains -= copied;
3652
3653                 if (copied < num)
3654                         break;
3655         }
3656
3657         return count - remains;
3658 }
3659
3660 /*
3661  * small helper routine, copy contents to iter from addr.
3662  * If the page is not present, fill zero.
3663  *
3664  * Returns the number of copied bytes.
3665  */
3666 static size_t aligned_vread_iter(struct iov_iter *iter,
3667                                  const char *addr, size_t count)
3668 {
3669         size_t remains = count;
3670         struct page *page;
3671
3672         while (remains > 0) {
3673                 unsigned long offset, length;
3674                 size_t copied = 0;
3675
3676                 offset = offset_in_page(addr);
3677                 length = PAGE_SIZE - offset;
3678                 if (length > remains)
3679                         length = remains;
3680                 page = vmalloc_to_page(addr);
3681                 /*
3682                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need lock. But
3683                  * adding lock here means that we need to add overhead of
3684                  * vmalloc()/vfree() calls for this _debug_ interface, rarely
3685                  * used. Instead of that, we'll use an local mapping via
3686                  * copy_page_to_iter_nofault() and accept a small overhead in
3687                  * this access function.
3688                  */
3689                 if (page)
3690                         copied = copy_page_to_iter_nofault(page, offset,
3691                                                            length, iter);
3692                 else
3693                         copied = zero_iter(iter, length);
3694
3695                 addr += copied;
3696                 remains -= copied;
3697
3698                 if (copied != length)
3699                         break;
3700         }
3701
3702         return count - remains;
3703 }
3704
3705 /*
3706  * Read from a vm_map_ram region of memory.
3707  *
3708  * Returns the number of copied bytes.
3709  */
3710 static size_t vmap_ram_vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr,
3711                                   size_t count, unsigned long flags)
3712 {
3713         char *start;
3714         struct vmap_block *vb;
3715         struct xarray *xa;
3716         unsigned long offset;
3717         unsigned int rs, re;
3718         size_t remains, n;
3719
3720         /*
3721          * If it's area created by vm_map_ram() interface directly, but
3722          * not further subdividing and delegating management to vmap_block,
3723          * handle it here.
3724          */
3725         if (!(flags & VMAP_BLOCK))
3726                 return aligned_vread_iter(iter, addr, count);
3727
3728         remains = count;
3729
3730         /*
3731          * Area is split into regions and tracked with vmap_block, read out
3732          * each region and zero fill the hole between regions.
3733          */
3734         xa = addr_to_vb_xa((unsigned long) addr);
3735         vb = xa_load(xa, addr_to_vb_idx((unsigned long)addr));
3736         if (!vb)
3737                 goto finished_zero;
3738
3739         spin_lock(&vb->lock);
3740         if (bitmap_empty(vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS)) {
3741                 spin_unlock(&vb->lock);
3742                 goto finished_zero;
3743         }
3744
3745         for_each_set_bitrange(rs, re, vb->used_map, VMAP_BBMAP_BITS) {
3746                 size_t copied;
3747
3748                 if (remains == 0)
3749                         goto finished;
3750
3751                 start = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, rs);
3752
3753                 if (addr < start) {
3754                         size_t to_zero = min_t(size_t, start - addr, remains);
3755                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
3756
3757                         addr += zeroed;
3758                         remains -= zeroed;
3759
3760                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
3761                                 goto finished;
3762                 }
3763
3764                 /*it could start reading from the middle of used region*/
3765                 offset = offset_in_page(addr);
3766                 n = ((re - rs + 1) << PAGE_SHIFT) - offset;
3767                 if (n > remains)
3768                         n = remains;
3769
3770                 copied = aligned_vread_iter(iter, start + offset, n);
3771
3772                 addr += copied;
3773                 remains -= copied;
3774
3775                 if (copied != n)
3776                         goto finished;
3777         }
3778
3779         spin_unlock(&vb->lock);
3780
3781 finished_zero:
3782         /* zero-fill the left dirty or free regions */
3783         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
3784 finished:
3785         /* We couldn't copy/zero everything */
3786         spin_unlock(&vb->lock);
3787         return count - remains;
3788 }
3789
3790 /**
3791  * vread_iter() - read vmalloc area in a safe way to an iterator.
3792  * @iter:         the iterator to which data should be written.
3793  * @addr:         vm address.
3794  * @count:        number of bytes to be read.
3795  *
3796  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3797  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
3798  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
3799  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
3800  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
3801  *
3802  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
3803  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
3804  *
3805  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
3806  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
3807  * This is for routines which have to access vmalloc area without
3808  * any information, as /proc/kcore.
3809  *
3810  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
3811  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
3812  * include any intersection with valid vmalloc area
3813  */
3814 long vread_iter(struct iov_iter *iter, const char *addr, size_t count)
3815 {
3816         struct vmap_area *va;
3817         struct vm_struct *vm;
3818         char *vaddr;
3819         size_t n, size, flags, remains;
3820
3821         addr = kasan_reset_tag(addr);
3822
3823         /* Don't allow overflow */
3824         if ((unsigned long) addr + count < count)
3825                 count = -(unsigned long) addr;
3826
3827         remains = count;
3828
3829         spin_lock(&vmap_area_lock);
3830         va = find_vmap_area_exceed_addr((unsigned long)addr);
3831         if (!va)
3832                 goto finished_zero;
3833
3834         /* no intersects with alive vmap_area */
3835         if ((unsigned long)addr + remains <= va->va_start)
3836                 goto finished_zero;
3837
3838         list_for_each_entry_from(va, &vmap_area_list, list) {
3839                 size_t copied;
3840
3841                 if (remains == 0)
3842                         goto finished;
3843
3844                 vm = va->vm;
3845                 flags = va->flags & VMAP_FLAGS_MASK;
3846                 /*
3847                  * VMAP_BLOCK indicates a sub-type of vm_map_ram area, need
3848                  * be set together with VMAP_RAM.
3849                  */
3850                 WARN_ON(flags == VMAP_BLOCK);
3851
3852                 if (!vm && !flags)
3853                         continue;
3854
3855                 if (vm && (vm->flags & VM_UNINITIALIZED))
3856                         continue;
3857
3858                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
3859                 smp_rmb();
3860
3861                 vaddr = (char *) va->va_start;
3862                 size = vm ? get_vm_area_size(vm) : va_size(va);
3863
3864                 if (addr >= vaddr + size)
3865                         continue;
3866
3867                 if (addr < vaddr) {
3868                         size_t to_zero = min_t(size_t, vaddr - addr, remains);
3869                         size_t zeroed = zero_iter(iter, to_zero);
3870
3871                         addr += zeroed;
3872                         remains -= zeroed;
3873
3874                         if (remains == 0 || zeroed != to_zero)
3875                                 goto finished;
3876                 }
3877
3878                 n = vaddr + size - addr;
3879                 if (n > remains)
3880                         n = remains;
3881
3882                 if (flags & VMAP_RAM)
3883                         copied = vmap_ram_vread_iter(iter, addr, n, flags);
3884                 else if (!(vm && (vm->flags & (VM_IOREMAP | VM_SPARSE))))
3885                         copied = aligned_vread_iter(iter, addr, n);
3886                 else /* IOREMAP | SPARSE area is treated as memory hole */
3887                         copied = zero_iter(iter, n);
3888
3889                 addr += copied;
3890                 remains -= copied;
3891
3892                 if (copied != n)
3893                         goto finished;
3894         }
3895
3896 finished_zero:
3897         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3898         /* zero-fill memory holes */
3899         return count - remains + zero_iter(iter, remains);
3900 finished:
3901         /* Nothing remains, or We couldn't copy/zero everything. */
3902         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3903
3904         return count - remains;
3905 }
3906
3907 /**
3908  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
3909  * @vma:                vma to cover
3910  * @uaddr:              target user address to start at
3911  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
3912  * @pgoff:              offset from @kaddr to start at
3913  * @size:               size of map area
3914  *
3915  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3916  *
3917  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
3918  * and that it is big enough to cover the range starting at
3919  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
3920  * met.
3921  *
3922  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3923  */
3924 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
3925                                 void *kaddr, unsigned long pgoff,
3926                                 unsigned long size)
3927 {
3928         struct vm_struct *area;
3929         unsigned long off;
3930         unsigned long end_index;
3931
3932         if (check_shl_overflow(pgoff, PAGE_SHIFT, &off))
3933                 return -EINVAL;
3934
3935         size = PAGE_ALIGN(size);
3936
3937         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
3938                 return -EINVAL;
3939
3940         area = find_vm_area(kaddr);
3941         if (!area)
3942                 return -EINVAL;
3943
3944         if (!(area->flags & (VM_USERMAP | VM_DMA_COHERENT)))
3945                 return -EINVAL;
3946
3947         if (check_add_overflow(size, off, &end_index) ||
3948             end_index > get_vm_area_size(area))
3949                 return -EINVAL;
3950         kaddr += off;
3951
3952         do {
3953                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
3954                 int ret;
3955
3956                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
3957                 if (ret)
3958                         return ret;
3959
3960                 uaddr += PAGE_SIZE;
3961                 kaddr += PAGE_SIZE;
3962                 size -= PAGE_SIZE;
3963         } while (size > 0);
3964
3965         vm_flags_set(vma, VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP);
3966
3967         return 0;
3968 }
3969
3970 /**
3971  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
3972  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
3973  * @addr:               vmalloc memory
3974  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
3975  *
3976  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
3977  *
3978  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
3979  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
3980  * that criteria isn't met.
3981  *
3982  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
3983  */
3984 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
3985                                                 unsigned long pgoff)
3986 {
3987         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
3988                                            addr, pgoff,
3989                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
3990 }
3991 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
3992
3993 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
3994 {
3995         struct vm_struct *ret;
3996         ret = remove_vm_area(area->addr);
3997         BUG_ON(ret != area);
3998         kfree(area);
3999 }
4000 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
4001
4002 #ifdef CONFIG_SMP
4003 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
4004 {
4005         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
4006 }
4007
4008 /**
4009  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
4010  * @addr: target address
4011  *
4012  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
4013  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
4014  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
4015  *   if there are no any areas before @addr.
4016  */
4017 static struct vmap_area *
4018 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
4019 {
4020         struct vmap_area *va, *tmp;
4021         struct rb_node *n;
4022
4023         n = free_vmap_area_root.rb_node;
4024         va = NULL;
4025
4026         while (n) {
4027                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
4028                 if (tmp->va_start <= addr) {
4029                         va = tmp;
4030                         if (tmp->va_end >= addr)
4031                                 break;
4032
4033                         n = n->rb_right;
4034                 } else {
4035                         n = n->rb_left;
4036                 }
4037         }
4038
4039         return va;
4040 }
4041
4042 /**
4043  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
4044  * of free block below VMALLOC_END
4045  * @va:
4046  *   in - the VA we start the search(reverse order);
4047  *   out - the VA with the highest aligned end address.
4048  * @align: alignment for required highest address
4049  *
4050  * Returns: determined end address within vmap_area
4051  */
4052 static unsigned long
4053 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
4054 {
4055         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4056         unsigned long addr;
4057
4058         if (likely(*va)) {
4059                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
4060                                 &free_vmap_area_list, list) {
4061                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
4062                         if ((*va)->va_start < addr)
4063                                 return addr;
4064                 }
4065         }
4066
4067         return 0;
4068 }
4069
4070 /**
4071  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
4072  * @offsets: array containing offset of each area
4073  * @sizes: array containing size of each area
4074  * @nr_vms: the number of areas to allocate
4075  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
4076  *
4077  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
4078  *          vm_structs on success, %NULL on failure
4079  *
4080  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
4081  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
4082  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
4083  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
4084  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
4085  * areas are allocated from top.
4086  *
4087  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
4088  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
4089  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
4090  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
4091  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
4092  * and the result is returned.
4093  */
4094 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
4095                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
4096                                      size_t align)
4097 {
4098         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
4099         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
4100         struct vmap_area **vas, *va;
4101         struct vm_struct **vms;
4102         int area, area2, last_area, term_area;
4103         unsigned long base, start, size, end, last_end, orig_start, orig_end;
4104         bool purged = false;
4105
4106         /* verify parameters and allocate data structures */
4107         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
4108         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
4109                 start = offsets[area];
4110                 end = start + sizes[area];
4111
4112                 /* is everything aligned properly? */
4113                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
4114                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
4115
4116                 /* detect the area with the highest address */
4117                 if (start > offsets[last_area])
4118                         last_area = area;
4119
4120                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
4121                         unsigned long start2 = offsets[area2];
4122                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
4123
4124                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
4125                 }
4126         }
4127         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
4128
4129         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
4130                 WARN_ON(true);
4131                 return NULL;
4132         }
4133
4134         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
4135         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
4136         if (!vas || !vms)
4137                 goto err_free2;
4138
4139         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4140                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4141                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
4142                 if (!vas[area] || !vms[area])
4143                         goto err_free;
4144         }
4145 retry:
4146         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4147
4148         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
4149         area = term_area = last_area;
4150         start = offsets[area];
4151         end = start + sizes[area];
4152
4153         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
4154         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4155
4156         while (true) {
4157                 /*
4158                  * base might have underflowed, add last_end before
4159                  * comparing.
4160                  */
4161                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
4162                         goto overflow;
4163
4164                 /*
4165                  * Fitting base has not been found.
4166                  */
4167                 if (va == NULL)
4168                         goto overflow;
4169
4170                 /*
4171                  * If required width exceeds current VA block, move
4172                  * base downwards and then recheck.
4173                  */
4174                 if (base + end > va->va_end) {
4175                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4176                         term_area = area;
4177                         continue;
4178                 }
4179
4180                 /*
4181                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
4182                  */
4183                 if (base + start < va->va_start) {
4184                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
4185                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
4186                         term_area = area;
4187                         continue;
4188                 }
4189
4190                 /*
4191                  * This area fits, move on to the previous one.  If
4192                  * the previous one is the terminal one, we're done.
4193                  */
4194                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
4195                 if (area == term_area)
4196                         break;
4197
4198                 start = offsets[area];
4199                 end = start + sizes[area];
4200                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
4201         }
4202
4203         /* we've found a fitting base, insert all va's */
4204         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4205                 int ret;
4206
4207                 start = base + offsets[area];
4208                 size = sizes[area];
4209
4210                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
4211                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
4212                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4213                         goto recovery;
4214
4215                 ret = adjust_va_to_fit_type(&free_vmap_area_root,
4216                                             &free_vmap_area_list,
4217                                             va, start, size);
4218                 if (WARN_ON_ONCE(unlikely(ret)))
4219                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
4220                         goto recovery;
4221
4222                 /* Allocated area. */
4223                 va = vas[area];
4224                 va->va_start = start;
4225                 va->va_end = start + size;
4226         }
4227
4228         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4229
4230         /* populate the kasan shadow space */
4231         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4232                 if (kasan_populate_vmalloc(vas[area]->va_start, sizes[area]))
4233                         goto err_free_shadow;
4234         }
4235
4236         /* insert all vm's */
4237         spin_lock(&vmap_area_lock);
4238         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4239                 insert_vmap_area(vas[area], &vmap_area_root, &vmap_area_list);
4240
4241                 setup_vmalloc_vm_locked(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
4242                                  pcpu_get_vm_areas);
4243         }
4244         spin_unlock(&vmap_area_lock);
4245
4246         /*
4247          * Mark allocated areas as accessible. Do it now as a best-effort
4248          * approach, as they can be mapped outside of vmalloc code.
4249          * With hardware tag-based KASAN, marking is skipped for
4250          * non-VM_ALLOC mappings, see __kasan_unpoison_vmalloc().
4251          */
4252         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
4253                 vms[area]->addr = kasan_unpoison_vmalloc(vms[area]->addr,
4254                                 vms[area]->size, KASAN_VMALLOC_PROT_NORMAL);
4255
4256         kfree(vas);
4257         return vms;
4258
4259 recovery:
4260         /*
4261          * Remove previously allocated areas. There is no
4262          * need in removing these areas from the busy tree,
4263          * because they are inserted only on the final step
4264          * and when pcpu_get_vm_areas() is success.
4265          */
4266         while (area--) {
4267                 orig_start = vas[area]->va_start;
4268                 orig_end = vas[area]->va_end;
4269                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4270                                 &free_vmap_area_list);
4271                 if (va)
4272                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4273                                 va->va_start, va->va_end);
4274                 vas[area] = NULL;
4275         }
4276
4277 overflow:
4278         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4279         if (!purged) {
4280                 reclaim_and_purge_vmap_areas();
4281                 purged = true;
4282
4283                 /* Before "retry", check if we recover. */
4284                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4285                         if (vas[area])
4286                                 continue;
4287
4288                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
4289                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
4290                         if (!vas[area])
4291                                 goto err_free;
4292                 }
4293
4294                 goto retry;
4295         }
4296
4297 err_free:
4298         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4299                 if (vas[area])
4300                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
4301
4302                 kfree(vms[area]);
4303         }
4304 err_free2:
4305         kfree(vas);
4306         kfree(vms);
4307         return NULL;
4308
4309 err_free_shadow:
4310         spin_lock(&free_vmap_area_lock);
4311         /*
4312          * We release all the vmalloc shadows, even the ones for regions that
4313          * hadn't been successfully added. This relies on kasan_release_vmalloc
4314          * being able to tolerate this case.
4315          */
4316         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
4317                 orig_start = vas[area]->va_start;
4318                 orig_end = vas[area]->va_end;
4319                 va = merge_or_add_vmap_area_augment(vas[area], &free_vmap_area_root,
4320                                 &free_vmap_area_list);
4321                 if (va)
4322                         kasan_release_vmalloc(orig_start, orig_end,
4323                                 va->va_start, va->va_end);
4324                 vas[area] = NULL;
4325                 kfree(vms[area]);
4326         }
4327         spin_unlock(&free_vmap_area_lock);
4328         kfree(vas);
4329         kfree(vms);
4330         return NULL;
4331 }
4332
4333 /**
4334  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
4335  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
4336  * @nr_vms: the number of allocated areas
4337  *
4338  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
4339  */
4340 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
4341 {
4342         int i;
4343
4344         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
4345                 free_vm_area(vms[i]);
4346         kfree(vms);
4347 }
4348 #endif  /* CONFIG_SMP */
4349
4350 #ifdef CONFIG_PRINTK
4351 bool vmalloc_dump_obj(void *object)
4352 {
4353         void *objp = (void *)PAGE_ALIGN((unsigned long)object);
4354         const void *caller;
4355         struct vm_struct *vm;
4356         struct vmap_area *va;
4357         unsigned long addr;
4358         unsigned int nr_pages;
4359
4360         if (!spin_trylock(&vmap_area_lock))
4361                 return false;
4362         va = __find_vmap_area((unsigned long)objp, &vmap_area_root);
4363         if (!va) {
4364                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
4365                 return false;
4366         }
4367
4368         vm = va->vm;
4369         if (!vm) {
4370                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
4371                 return false;
4372         }
4373         addr = (unsigned long)vm->addr;
4374         caller = vm->caller;
4375         nr_pages = vm->nr_pages;
4376         spin_unlock(&vmap_area_lock);
4377         pr_cont(" %u-page vmalloc region starting at %#lx allocated at %pS\n",
4378                 nr_pages, addr, caller);
4379         return true;
4380 }
4381 #endif
4382
4383 #ifdef CONFIG_PROC_FS
4384 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
4385         __acquires(&vmap_purge_lock)
4386         __acquires(&vmap_area_lock)
4387 {
4388         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
4389         spin_lock(&vmap_area_lock);
4390
4391         return seq_list_start(&vmap_area_list, *pos);
4392 }
4393
4394 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
4395 {
4396         return seq_list_next(p, &vmap_area_list, pos);
4397 }
4398
4399 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
4400         __releases(&vmap_area_lock)
4401         __releases(&vmap_purge_lock)
4402 {
4403         spin_unlock(&vmap_area_lock);
4404         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
4405 }
4406
4407 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
4408 {
4409         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
4410                 unsigned int nr, *counters = m->private;
4411                 unsigned int step = 1U << vm_area_page_order(v);
4412
4413                 if (!counters)
4414                         return;
4415
4416                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
4417                         return;
4418                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
4419                 smp_rmb();
4420
4421                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
4422
4423                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr += step)
4424                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])] += step;
4425                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
4426                         if (counters[nr])
4427                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
4428         }
4429 }
4430
4431 static void show_purge_info(struct seq_file *m)
4432 {
4433         struct vmap_area *va;
4434
4435         spin_lock(&purge_vmap_area_lock);
4436         list_for_each_entry(va, &purge_vmap_area_list, list) {
4437                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld unpurged vm_area\n",
4438                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4439                         va->va_end - va->va_start);
4440         }
4441         spin_unlock(&purge_vmap_area_lock);
4442 }
4443
4444 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
4445 {
4446         struct vmap_area *va;
4447         struct vm_struct *v;
4448
4449         va = list_entry(p, struct vmap_area, list);
4450
4451         if (!va->vm) {
4452                 if (va->flags & VMAP_RAM)
4453                         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld vm_map_ram\n",
4454                                 (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
4455                                 va->va_end - va->va_start);
4456
4457                 goto final;
4458         }
4459
4460         v = va->vm;
4461
4462         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
4463                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
4464
4465         if (v->caller)
4466                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
4467
4468         if (v->nr_pages)
4469                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
4470
4471         if (v->phys_addr)
4472                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
4473
4474         if (v->flags & VM_IOREMAP)
4475                 seq_puts(m, " ioremap");
4476
4477         if (v->flags & VM_SPARSE)
4478                 seq_puts(m, " sparse");
4479
4480         if (v->flags & VM_ALLOC)
4481                 seq_puts(m, " vmalloc");
4482
4483         if (v->flags & VM_MAP)
4484                 seq_puts(m, " vmap");
4485
4486         if (v->flags & VM_USERMAP)
4487                 seq_puts(m, " user");
4488
4489         if (v->flags & VM_DMA_COHERENT)
4490                 seq_puts(m, " dma-coherent");
4491
4492         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
4493                 seq_puts(m, " vpages");
4494
4495         show_numa_info(m, v);
4496         seq_putc(m, '\n');
4497
4498         /*
4499          * As a final step, dump "unpurged" areas.
4500          */
4501 final:
4502         if (list_is_last(&va->list, &vmap_area_list))
4503                 show_purge_info(m);
4504
4505         return 0;
4506 }
4507
4508 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
4509         .start = s_start,
4510         .next = s_next,
4511         .stop = s_stop,
4512         .show = s_show,
4513 };
4514
4515 static int __init proc_vmalloc_init(void)
4516 {
4517         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
4518                 proc_create_seq_private("vmallocinfo", 0400, NULL,
4519                                 &vmalloc_op,
4520                                 nr_node_ids * sizeof(unsigned int), NULL);
4521         else
4522                 proc_create_seq("vmallocinfo", 0400, NULL, &vmalloc_op);
4523         return 0;
4524 }
4525 module_init(proc_vmalloc_init);
4526
4527 #endif
4528
4529 void __init vmalloc_init(void)
4530 {
4531         struct vmap_area *va;
4532         struct vm_struct *tmp;
4533         int i;
4534
4535         /*
4536          * Create the cache for vmap_area objects.
4537          */
4538         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
4539
4540         for_each_possible_cpu(i) {
4541                 struct vmap_block_queue *vbq;
4542                 struct vfree_deferred *p;
4543
4544                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
4545                 spin_lock_init(&vbq->lock);
4546                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
4547                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
4548                 init_llist_head(&p->list);
4549                 INIT_WORK(&p->wq, delayed_vfree_work);
4550                 xa_init(&vbq->vmap_blocks);
4551         }
4552
4553         /* Import existing vmlist entries. */
4554         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
4555                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
4556                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
4557                         continue;
4558
4559                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
4560                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
4561                 va->vm = tmp;
4562                 insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
4563         }
4564
4565         /*
4566          * Now we can initialize a free vmap space.
4567          */
4568         vmap_init_free_space();
4569         vmap_initialized = true;
4570 }