mm/vmalloc.c: keep track of free blocks for vmap allocation
[sfrench/cifs-2.6.git] / mm / vmalloc.c
1 /*
2  *  linux/mm/vmalloc.c
3  *
4  *  Copyright (C) 1993  Linus Torvalds
5  *  Support of BIGMEM added by Gerhard Wichert, Siemens AG, July 1999
6  *  SMP-safe vmalloc/vfree/ioremap, Tigran Aivazian <tigran@veritas.com>, May 2000
7  *  Major rework to support vmap/vunmap, Christoph Hellwig, SGI, August 2002
8  *  Numa awareness, Christoph Lameter, SGI, June 2005
9  */
10
11 #include <linux/vmalloc.h>
12 #include <linux/mm.h>
13 #include <linux/module.h>
14 #include <linux/highmem.h>
15 #include <linux/sched/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/radix-tree.h>
28 #include <linux/rcupdate.h>
29 #include <linux/pfn.h>
30 #include <linux/kmemleak.h>
31 #include <linux/atomic.h>
32 #include <linux/compiler.h>
33 #include <linux/llist.h>
34 #include <linux/bitops.h>
35 #include <linux/rbtree_augmented.h>
36
37 #include <linux/uaccess.h>
38 #include <asm/tlbflush.h>
39 #include <asm/shmparam.h>
40
41 #include "internal.h"
42
43 struct vfree_deferred {
44         struct llist_head list;
45         struct work_struct wq;
46 };
47 static DEFINE_PER_CPU(struct vfree_deferred, vfree_deferred);
48
49 static void __vunmap(const void *, int);
50
51 static void free_work(struct work_struct *w)
52 {
53         struct vfree_deferred *p = container_of(w, struct vfree_deferred, wq);
54         struct llist_node *t, *llnode;
55
56         llist_for_each_safe(llnode, t, llist_del_all(&p->list))
57                 __vunmap((void *)llnode, 1);
58 }
59
60 /*** Page table manipulation functions ***/
61
62 static void vunmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr, unsigned long end)
63 {
64         pte_t *pte;
65
66         pte = pte_offset_kernel(pmd, addr);
67         do {
68                 pte_t ptent = ptep_get_and_clear(&init_mm, addr, pte);
69                 WARN_ON(!pte_none(ptent) && !pte_present(ptent));
70         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
71 }
72
73 static void vunmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr, unsigned long end)
74 {
75         pmd_t *pmd;
76         unsigned long next;
77
78         pmd = pmd_offset(pud, addr);
79         do {
80                 next = pmd_addr_end(addr, end);
81                 if (pmd_clear_huge(pmd))
82                         continue;
83                 if (pmd_none_or_clear_bad(pmd))
84                         continue;
85                 vunmap_pte_range(pmd, addr, next);
86         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
87 }
88
89 static void vunmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr, unsigned long end)
90 {
91         pud_t *pud;
92         unsigned long next;
93
94         pud = pud_offset(p4d, addr);
95         do {
96                 next = pud_addr_end(addr, end);
97                 if (pud_clear_huge(pud))
98                         continue;
99                 if (pud_none_or_clear_bad(pud))
100                         continue;
101                 vunmap_pmd_range(pud, addr, next);
102         } while (pud++, addr = next, addr != end);
103 }
104
105 static void vunmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr, unsigned long end)
106 {
107         p4d_t *p4d;
108         unsigned long next;
109
110         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
111         do {
112                 next = p4d_addr_end(addr, end);
113                 if (p4d_clear_huge(p4d))
114                         continue;
115                 if (p4d_none_or_clear_bad(p4d))
116                         continue;
117                 vunmap_pud_range(p4d, addr, next);
118         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
119 }
120
121 static void vunmap_page_range(unsigned long addr, unsigned long end)
122 {
123         pgd_t *pgd;
124         unsigned long next;
125
126         BUG_ON(addr >= end);
127         pgd = pgd_offset_k(addr);
128         do {
129                 next = pgd_addr_end(addr, end);
130                 if (pgd_none_or_clear_bad(pgd))
131                         continue;
132                 vunmap_p4d_range(pgd, addr, next);
133         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
134 }
135
136 static int vmap_pte_range(pmd_t *pmd, unsigned long addr,
137                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
138 {
139         pte_t *pte;
140
141         /*
142          * nr is a running index into the array which helps higher level
143          * callers keep track of where we're up to.
144          */
145
146         pte = pte_alloc_kernel(pmd, addr);
147         if (!pte)
148                 return -ENOMEM;
149         do {
150                 struct page *page = pages[*nr];
151
152                 if (WARN_ON(!pte_none(*pte)))
153                         return -EBUSY;
154                 if (WARN_ON(!page))
155                         return -ENOMEM;
156                 set_pte_at(&init_mm, addr, pte, mk_pte(page, prot));
157                 (*nr)++;
158         } while (pte++, addr += PAGE_SIZE, addr != end);
159         return 0;
160 }
161
162 static int vmap_pmd_range(pud_t *pud, unsigned long addr,
163                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
164 {
165         pmd_t *pmd;
166         unsigned long next;
167
168         pmd = pmd_alloc(&init_mm, pud, addr);
169         if (!pmd)
170                 return -ENOMEM;
171         do {
172                 next = pmd_addr_end(addr, end);
173                 if (vmap_pte_range(pmd, addr, next, prot, pages, nr))
174                         return -ENOMEM;
175         } while (pmd++, addr = next, addr != end);
176         return 0;
177 }
178
179 static int vmap_pud_range(p4d_t *p4d, unsigned long addr,
180                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
181 {
182         pud_t *pud;
183         unsigned long next;
184
185         pud = pud_alloc(&init_mm, p4d, addr);
186         if (!pud)
187                 return -ENOMEM;
188         do {
189                 next = pud_addr_end(addr, end);
190                 if (vmap_pmd_range(pud, addr, next, prot, pages, nr))
191                         return -ENOMEM;
192         } while (pud++, addr = next, addr != end);
193         return 0;
194 }
195
196 static int vmap_p4d_range(pgd_t *pgd, unsigned long addr,
197                 unsigned long end, pgprot_t prot, struct page **pages, int *nr)
198 {
199         p4d_t *p4d;
200         unsigned long next;
201
202         p4d = p4d_alloc(&init_mm, pgd, addr);
203         if (!p4d)
204                 return -ENOMEM;
205         do {
206                 next = p4d_addr_end(addr, end);
207                 if (vmap_pud_range(p4d, addr, next, prot, pages, nr))
208                         return -ENOMEM;
209         } while (p4d++, addr = next, addr != end);
210         return 0;
211 }
212
213 /*
214  * Set up page tables in kva (addr, end). The ptes shall have prot "prot", and
215  * will have pfns corresponding to the "pages" array.
216  *
217  * Ie. pte at addr+N*PAGE_SIZE shall point to pfn corresponding to pages[N]
218  */
219 static int vmap_page_range_noflush(unsigned long start, unsigned long end,
220                                    pgprot_t prot, struct page **pages)
221 {
222         pgd_t *pgd;
223         unsigned long next;
224         unsigned long addr = start;
225         int err = 0;
226         int nr = 0;
227
228         BUG_ON(addr >= end);
229         pgd = pgd_offset_k(addr);
230         do {
231                 next = pgd_addr_end(addr, end);
232                 err = vmap_p4d_range(pgd, addr, next, prot, pages, &nr);
233                 if (err)
234                         return err;
235         } while (pgd++, addr = next, addr != end);
236
237         return nr;
238 }
239
240 static int vmap_page_range(unsigned long start, unsigned long end,
241                            pgprot_t prot, struct page **pages)
242 {
243         int ret;
244
245         ret = vmap_page_range_noflush(start, end, prot, pages);
246         flush_cache_vmap(start, end);
247         return ret;
248 }
249
250 int is_vmalloc_or_module_addr(const void *x)
251 {
252         /*
253          * ARM, x86-64 and sparc64 put modules in a special place,
254          * and fall back on vmalloc() if that fails. Others
255          * just put it in the vmalloc space.
256          */
257 #if defined(CONFIG_MODULES) && defined(MODULES_VADDR)
258         unsigned long addr = (unsigned long)x;
259         if (addr >= MODULES_VADDR && addr < MODULES_END)
260                 return 1;
261 #endif
262         return is_vmalloc_addr(x);
263 }
264
265 /*
266  * Walk a vmap address to the struct page it maps.
267  */
268 struct page *vmalloc_to_page(const void *vmalloc_addr)
269 {
270         unsigned long addr = (unsigned long) vmalloc_addr;
271         struct page *page = NULL;
272         pgd_t *pgd = pgd_offset_k(addr);
273         p4d_t *p4d;
274         pud_t *pud;
275         pmd_t *pmd;
276         pte_t *ptep, pte;
277
278         /*
279          * XXX we might need to change this if we add VIRTUAL_BUG_ON for
280          * architectures that do not vmalloc module space
281          */
282         VIRTUAL_BUG_ON(!is_vmalloc_or_module_addr(vmalloc_addr));
283
284         if (pgd_none(*pgd))
285                 return NULL;
286         p4d = p4d_offset(pgd, addr);
287         if (p4d_none(*p4d))
288                 return NULL;
289         pud = pud_offset(p4d, addr);
290
291         /*
292          * Don't dereference bad PUD or PMD (below) entries. This will also
293          * identify huge mappings, which we may encounter on architectures
294          * that define CONFIG_HAVE_ARCH_HUGE_VMAP=y. Such regions will be
295          * identified as vmalloc addresses by is_vmalloc_addr(), but are
296          * not [unambiguously] associated with a struct page, so there is
297          * no correct value to return for them.
298          */
299         WARN_ON_ONCE(pud_bad(*pud));
300         if (pud_none(*pud) || pud_bad(*pud))
301                 return NULL;
302         pmd = pmd_offset(pud, addr);
303         WARN_ON_ONCE(pmd_bad(*pmd));
304         if (pmd_none(*pmd) || pmd_bad(*pmd))
305                 return NULL;
306
307         ptep = pte_offset_map(pmd, addr);
308         pte = *ptep;
309         if (pte_present(pte))
310                 page = pte_page(pte);
311         pte_unmap(ptep);
312         return page;
313 }
314 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_page);
315
316 /*
317  * Map a vmalloc()-space virtual address to the physical page frame number.
318  */
319 unsigned long vmalloc_to_pfn(const void *vmalloc_addr)
320 {
321         return page_to_pfn(vmalloc_to_page(vmalloc_addr));
322 }
323 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_to_pfn);
324
325
326 /*** Global kva allocator ***/
327
328 #define VM_LAZY_FREE    0x02
329 #define VM_VM_AREA      0x04
330
331 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_area_lock);
332 /* Export for kexec only */
333 LIST_HEAD(vmap_area_list);
334 static LLIST_HEAD(vmap_purge_list);
335 static struct rb_root vmap_area_root = RB_ROOT;
336 static bool vmap_initialized __read_mostly;
337
338 /*
339  * This kmem_cache is used for vmap_area objects. Instead of
340  * allocating from slab we reuse an object from this cache to
341  * make things faster. Especially in "no edge" splitting of
342  * free block.
343  */
344 static struct kmem_cache *vmap_area_cachep;
345
346 /*
347  * This linked list is used in pair with free_vmap_area_root.
348  * It gives O(1) access to prev/next to perform fast coalescing.
349  */
350 static LIST_HEAD(free_vmap_area_list);
351
352 /*
353  * This augment red-black tree represents the free vmap space.
354  * All vmap_area objects in this tree are sorted by va->va_start
355  * address. It is used for allocation and merging when a vmap
356  * object is released.
357  *
358  * Each vmap_area node contains a maximum available free block
359  * of its sub-tree, right or left. Therefore it is possible to
360  * find a lowest match of free area.
361  */
362 static struct rb_root free_vmap_area_root = RB_ROOT;
363
364 static __always_inline unsigned long
365 va_size(struct vmap_area *va)
366 {
367         return (va->va_end - va->va_start);
368 }
369
370 static __always_inline unsigned long
371 get_subtree_max_size(struct rb_node *node)
372 {
373         struct vmap_area *va;
374
375         va = rb_entry_safe(node, struct vmap_area, rb_node);
376         return va ? va->subtree_max_size : 0;
377 }
378
379 /*
380  * Gets called when remove the node and rotate.
381  */
382 static __always_inline unsigned long
383 compute_subtree_max_size(struct vmap_area *va)
384 {
385         return max3(va_size(va),
386                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_left),
387                 get_subtree_max_size(va->rb_node.rb_right));
388 }
389
390 RB_DECLARE_CALLBACKS(static, free_vmap_area_rb_augment_cb,
391         struct vmap_area, rb_node, unsigned long, subtree_max_size,
392         compute_subtree_max_size)
393
394 static void purge_vmap_area_lazy(void);
395 static BLOCKING_NOTIFIER_HEAD(vmap_notify_list);
396 static unsigned long lazy_max_pages(void);
397
398 static struct vmap_area *__find_vmap_area(unsigned long addr)
399 {
400         struct rb_node *n = vmap_area_root.rb_node;
401
402         while (n) {
403                 struct vmap_area *va;
404
405                 va = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
406                 if (addr < va->va_start)
407                         n = n->rb_left;
408                 else if (addr >= va->va_end)
409                         n = n->rb_right;
410                 else
411                         return va;
412         }
413
414         return NULL;
415 }
416
417 /*
418  * This function returns back addresses of parent node
419  * and its left or right link for further processing.
420  */
421 static __always_inline struct rb_node **
422 find_va_links(struct vmap_area *va,
423         struct rb_root *root, struct rb_node *from,
424         struct rb_node **parent)
425 {
426         struct vmap_area *tmp_va;
427         struct rb_node **link;
428
429         if (root) {
430                 link = &root->rb_node;
431                 if (unlikely(!*link)) {
432                         *parent = NULL;
433                         return link;
434                 }
435         } else {
436                 link = &from;
437         }
438
439         /*
440          * Go to the bottom of the tree. When we hit the last point
441          * we end up with parent rb_node and correct direction, i name
442          * it link, where the new va->rb_node will be attached to.
443          */
444         do {
445                 tmp_va = rb_entry(*link, struct vmap_area, rb_node);
446
447                 /*
448                  * During the traversal we also do some sanity check.
449                  * Trigger the BUG() if there are sides(left/right)
450                  * or full overlaps.
451                  */
452                 if (va->va_start < tmp_va->va_end &&
453                                 va->va_end <= tmp_va->va_start)
454                         link = &(*link)->rb_left;
455                 else if (va->va_end > tmp_va->va_start &&
456                                 va->va_start >= tmp_va->va_end)
457                         link = &(*link)->rb_right;
458                 else
459                         BUG();
460         } while (*link);
461
462         *parent = &tmp_va->rb_node;
463         return link;
464 }
465
466 static __always_inline struct list_head *
467 get_va_next_sibling(struct rb_node *parent, struct rb_node **link)
468 {
469         struct list_head *list;
470
471         if (unlikely(!parent))
472                 /*
473                  * The red-black tree where we try to find VA neighbors
474                  * before merging or inserting is empty, i.e. it means
475                  * there is no free vmap space. Normally it does not
476                  * happen but we handle this case anyway.
477                  */
478                 return NULL;
479
480         list = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
481         return (&parent->rb_right == link ? list->next : list);
482 }
483
484 static __always_inline void
485 link_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root,
486         struct rb_node *parent, struct rb_node **link, struct list_head *head)
487 {
488         /*
489          * VA is still not in the list, but we can
490          * identify its future previous list_head node.
491          */
492         if (likely(parent)) {
493                 head = &rb_entry(parent, struct vmap_area, rb_node)->list;
494                 if (&parent->rb_right != link)
495                         head = head->prev;
496         }
497
498         /* Insert to the rb-tree */
499         rb_link_node(&va->rb_node, parent, link);
500         if (root == &free_vmap_area_root) {
501                 /*
502                  * Some explanation here. Just perform simple insertion
503                  * to the tree. We do not set va->subtree_max_size to
504                  * its current size before calling rb_insert_augmented().
505                  * It is because of we populate the tree from the bottom
506                  * to parent levels when the node _is_ in the tree.
507                  *
508                  * Therefore we set subtree_max_size to zero after insertion,
509                  * to let __augment_tree_propagate_from() puts everything to
510                  * the correct order later on.
511                  */
512                 rb_insert_augmented(&va->rb_node,
513                         root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
514                 va->subtree_max_size = 0;
515         } else {
516                 rb_insert_color(&va->rb_node, root);
517         }
518
519         /* Address-sort this list */
520         list_add(&va->list, head);
521 }
522
523 static __always_inline void
524 unlink_va(struct vmap_area *va, struct rb_root *root)
525 {
526         /*
527          * During merging a VA node can be empty, therefore
528          * not linked with the tree nor list. Just check it.
529          */
530         if (!RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node)) {
531                 if (root == &free_vmap_area_root)
532                         rb_erase_augmented(&va->rb_node,
533                                 root, &free_vmap_area_rb_augment_cb);
534                 else
535                         rb_erase(&va->rb_node, root);
536
537                 list_del(&va->list);
538                 RB_CLEAR_NODE(&va->rb_node);
539         }
540 }
541
542 /*
543  * This function populates subtree_max_size from bottom to upper
544  * levels starting from VA point. The propagation must be done
545  * when VA size is modified by changing its va_start/va_end. Or
546  * in case of newly inserting of VA to the tree.
547  *
548  * It means that __augment_tree_propagate_from() must be called:
549  * - After VA has been inserted to the tree(free path);
550  * - After VA has been shrunk(allocation path);
551  * - After VA has been increased(merging path).
552  *
553  * Please note that, it does not mean that upper parent nodes
554  * and their subtree_max_size are recalculated all the time up
555  * to the root node.
556  *
557  *       4--8
558  *        /\
559  *       /  \
560  *      /    \
561  *    2--2  8--8
562  *
563  * For example if we modify the node 4, shrinking it to 2, then
564  * no any modification is required. If we shrink the node 2 to 1
565  * its subtree_max_size is updated only, and set to 1. If we shrink
566  * the node 8 to 6, then its subtree_max_size is set to 6 and parent
567  * node becomes 4--6.
568  */
569 static __always_inline void
570 augment_tree_propagate_from(struct vmap_area *va)
571 {
572         struct rb_node *node = &va->rb_node;
573         unsigned long new_va_sub_max_size;
574
575         while (node) {
576                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
577                 new_va_sub_max_size = compute_subtree_max_size(va);
578
579                 /*
580                  * If the newly calculated maximum available size of the
581                  * subtree is equal to the current one, then it means that
582                  * the tree is propagated correctly. So we have to stop at
583                  * this point to save cycles.
584                  */
585                 if (va->subtree_max_size == new_va_sub_max_size)
586                         break;
587
588                 va->subtree_max_size = new_va_sub_max_size;
589                 node = rb_parent(&va->rb_node);
590         }
591 }
592
593 static void
594 insert_vmap_area(struct vmap_area *va,
595         struct rb_root *root, struct list_head *head)
596 {
597         struct rb_node **link;
598         struct rb_node *parent;
599
600         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
601         link_va(va, root, parent, link, head);
602 }
603
604 static void
605 insert_vmap_area_augment(struct vmap_area *va,
606         struct rb_node *from, struct rb_root *root,
607         struct list_head *head)
608 {
609         struct rb_node **link;
610         struct rb_node *parent;
611
612         if (from)
613                 link = find_va_links(va, NULL, from, &parent);
614         else
615                 link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
616
617         link_va(va, root, parent, link, head);
618         augment_tree_propagate_from(va);
619 }
620
621 /*
622  * Merge de-allocated chunk of VA memory with previous
623  * and next free blocks. If coalesce is not done a new
624  * free area is inserted. If VA has been merged, it is
625  * freed.
626  */
627 static __always_inline void
628 merge_or_add_vmap_area(struct vmap_area *va,
629         struct rb_root *root, struct list_head *head)
630 {
631         struct vmap_area *sibling;
632         struct list_head *next;
633         struct rb_node **link;
634         struct rb_node *parent;
635         bool merged = false;
636
637         /*
638          * Find a place in the tree where VA potentially will be
639          * inserted, unless it is merged with its sibling/siblings.
640          */
641         link = find_va_links(va, root, NULL, &parent);
642
643         /*
644          * Get next node of VA to check if merging can be done.
645          */
646         next = get_va_next_sibling(parent, link);
647         if (unlikely(next == NULL))
648                 goto insert;
649
650         /*
651          * start            end
652          * |                |
653          * |<------VA------>|<-----Next----->|
654          *                  |                |
655          *                  start            end
656          */
657         if (next != head) {
658                 sibling = list_entry(next, struct vmap_area, list);
659                 if (sibling->va_start == va->va_end) {
660                         sibling->va_start = va->va_start;
661
662                         /* Check and update the tree if needed. */
663                         augment_tree_propagate_from(sibling);
664
665                         /* Remove this VA, it has been merged. */
666                         unlink_va(va, root);
667
668                         /* Free vmap_area object. */
669                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
670
671                         /* Point to the new merged area. */
672                         va = sibling;
673                         merged = true;
674                 }
675         }
676
677         /*
678          * start            end
679          * |                |
680          * |<-----Prev----->|<------VA------>|
681          *                  |                |
682          *                  start            end
683          */
684         if (next->prev != head) {
685                 sibling = list_entry(next->prev, struct vmap_area, list);
686                 if (sibling->va_end == va->va_start) {
687                         sibling->va_end = va->va_end;
688
689                         /* Check and update the tree if needed. */
690                         augment_tree_propagate_from(sibling);
691
692                         /* Remove this VA, it has been merged. */
693                         unlink_va(va, root);
694
695                         /* Free vmap_area object. */
696                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
697
698                         return;
699                 }
700         }
701
702 insert:
703         if (!merged) {
704                 link_va(va, root, parent, link, head);
705                 augment_tree_propagate_from(va);
706         }
707 }
708
709 static __always_inline bool
710 is_within_this_va(struct vmap_area *va, unsigned long size,
711         unsigned long align, unsigned long vstart)
712 {
713         unsigned long nva_start_addr;
714
715         if (va->va_start > vstart)
716                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
717         else
718                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
719
720         /* Can be overflowed due to big size or alignment. */
721         if (nva_start_addr + size < nva_start_addr ||
722                         nva_start_addr < vstart)
723                 return false;
724
725         return (nva_start_addr + size <= va->va_end);
726 }
727
728 /*
729  * Find the first free block(lowest start address) in the tree,
730  * that will accomplish the request corresponding to passing
731  * parameters.
732  */
733 static __always_inline struct vmap_area *
734 find_vmap_lowest_match(unsigned long size,
735         unsigned long align, unsigned long vstart)
736 {
737         struct vmap_area *va;
738         struct rb_node *node;
739         unsigned long length;
740
741         /* Start from the root. */
742         node = free_vmap_area_root.rb_node;
743
744         /* Adjust the search size for alignment overhead. */
745         length = size + align - 1;
746
747         while (node) {
748                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
749
750                 if (get_subtree_max_size(node->rb_left) >= length &&
751                                 vstart < va->va_start) {
752                         node = node->rb_left;
753                 } else {
754                         if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
755                                 return va;
756
757                         /*
758                          * Does not make sense to go deeper towards the right
759                          * sub-tree if it does not have a free block that is
760                          * equal or bigger to the requested search length.
761                          */
762                         if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length) {
763                                 node = node->rb_right;
764                                 continue;
765                         }
766
767                         /*
768                          * OK. We roll back and find the fist right sub-tree,
769                          * that will satisfy the search criteria. It can happen
770                          * only once due to "vstart" restriction.
771                          */
772                         while ((node = rb_parent(node))) {
773                                 va = rb_entry(node, struct vmap_area, rb_node);
774                                 if (is_within_this_va(va, size, align, vstart))
775                                         return va;
776
777                                 if (get_subtree_max_size(node->rb_right) >= length &&
778                                                 vstart <= va->va_start) {
779                                         node = node->rb_right;
780                                         break;
781                                 }
782                         }
783                 }
784         }
785
786         return NULL;
787 }
788
789 enum fit_type {
790         NOTHING_FIT = 0,
791         FL_FIT_TYPE = 1,        /* full fit */
792         LE_FIT_TYPE = 2,        /* left edge fit */
793         RE_FIT_TYPE = 3,        /* right edge fit */
794         NE_FIT_TYPE = 4         /* no edge fit */
795 };
796
797 static __always_inline enum fit_type
798 classify_va_fit_type(struct vmap_area *va,
799         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size)
800 {
801         enum fit_type type;
802
803         /* Check if it is within VA. */
804         if (nva_start_addr < va->va_start ||
805                         nva_start_addr + size > va->va_end)
806                 return NOTHING_FIT;
807
808         /* Now classify. */
809         if (va->va_start == nva_start_addr) {
810                 if (va->va_end == nva_start_addr + size)
811                         type = FL_FIT_TYPE;
812                 else
813                         type = LE_FIT_TYPE;
814         } else if (va->va_end == nva_start_addr + size) {
815                 type = RE_FIT_TYPE;
816         } else {
817                 type = NE_FIT_TYPE;
818         }
819
820         return type;
821 }
822
823 static __always_inline int
824 adjust_va_to_fit_type(struct vmap_area *va,
825         unsigned long nva_start_addr, unsigned long size,
826         enum fit_type type)
827 {
828         struct vmap_area *lva;
829
830         if (type == FL_FIT_TYPE) {
831                 /*
832                  * No need to split VA, it fully fits.
833                  *
834                  * |               |
835                  * V      NVA      V
836                  * |---------------|
837                  */
838                 unlink_va(va, &free_vmap_area_root);
839                 kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
840         } else if (type == LE_FIT_TYPE) {
841                 /*
842                  * Split left edge of fit VA.
843                  *
844                  * |       |
845                  * V  NVA  V   R
846                  * |-------|-------|
847                  */
848                 va->va_start += size;
849         } else if (type == RE_FIT_TYPE) {
850                 /*
851                  * Split right edge of fit VA.
852                  *
853                  *         |       |
854                  *     L   V  NVA  V
855                  * |-------|-------|
856                  */
857                 va->va_end = nva_start_addr;
858         } else if (type == NE_FIT_TYPE) {
859                 /*
860                  * Split no edge of fit VA.
861                  *
862                  *     |       |
863                  *   L V  NVA  V R
864                  * |---|-------|---|
865                  */
866                 lva = kmem_cache_alloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
867                 if (unlikely(!lva))
868                         return -1;
869
870                 /*
871                  * Build the remainder.
872                  */
873                 lva->va_start = va->va_start;
874                 lva->va_end = nva_start_addr;
875
876                 /*
877                  * Shrink this VA to remaining size.
878                  */
879                 va->va_start = nva_start_addr + size;
880         } else {
881                 return -1;
882         }
883
884         if (type != FL_FIT_TYPE) {
885                 augment_tree_propagate_from(va);
886
887                 if (type == NE_FIT_TYPE)
888                         insert_vmap_area_augment(lva, &va->rb_node,
889                                 &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
890         }
891
892         return 0;
893 }
894
895 /*
896  * Returns a start address of the newly allocated area, if success.
897  * Otherwise a vend is returned that indicates failure.
898  */
899 static __always_inline unsigned long
900 __alloc_vmap_area(unsigned long size, unsigned long align,
901         unsigned long vstart, unsigned long vend, int node)
902 {
903         unsigned long nva_start_addr;
904         struct vmap_area *va;
905         enum fit_type type;
906         int ret;
907
908         va = find_vmap_lowest_match(size, align, vstart);
909         if (unlikely(!va))
910                 return vend;
911
912         if (va->va_start > vstart)
913                 nva_start_addr = ALIGN(va->va_start, align);
914         else
915                 nva_start_addr = ALIGN(vstart, align);
916
917         /* Check the "vend" restriction. */
918         if (nva_start_addr + size > vend)
919                 return vend;
920
921         /* Classify what we have found. */
922         type = classify_va_fit_type(va, nva_start_addr, size);
923         if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
924                 return vend;
925
926         /* Update the free vmap_area. */
927         ret = adjust_va_to_fit_type(va, nva_start_addr, size, type);
928         if (ret)
929                 return vend;
930
931         return nva_start_addr;
932 }
933
934 /*
935  * Allocate a region of KVA of the specified size and alignment, within the
936  * vstart and vend.
937  */
938 static struct vmap_area *alloc_vmap_area(unsigned long size,
939                                 unsigned long align,
940                                 unsigned long vstart, unsigned long vend,
941                                 int node, gfp_t gfp_mask)
942 {
943         struct vmap_area *va;
944         unsigned long addr;
945         int purged = 0;
946
947         BUG_ON(!size);
948         BUG_ON(offset_in_page(size));
949         BUG_ON(!is_power_of_2(align));
950
951         if (unlikely(!vmap_initialized))
952                 return ERR_PTR(-EBUSY);
953
954         might_sleep();
955
956         va = kmem_cache_alloc_node(vmap_area_cachep,
957                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
958         if (unlikely(!va))
959                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
960
961         /*
962          * Only scan the relevant parts containing pointers to other objects
963          * to avoid false negatives.
964          */
965         kmemleak_scan_area(&va->rb_node, SIZE_MAX, gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK);
966
967 retry:
968         spin_lock(&vmap_area_lock);
969
970         /*
971          * If an allocation fails, the "vend" address is
972          * returned. Therefore trigger the overflow path.
973          */
974         addr = __alloc_vmap_area(size, align, vstart, vend, node);
975         if (unlikely(addr == vend))
976                 goto overflow;
977
978         va->va_start = addr;
979         va->va_end = addr + size;
980         va->flags = 0;
981         insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
982
983         spin_unlock(&vmap_area_lock);
984
985         BUG_ON(!IS_ALIGNED(va->va_start, align));
986         BUG_ON(va->va_start < vstart);
987         BUG_ON(va->va_end > vend);
988
989         return va;
990
991 overflow:
992         spin_unlock(&vmap_area_lock);
993         if (!purged) {
994                 purge_vmap_area_lazy();
995                 purged = 1;
996                 goto retry;
997         }
998
999         if (gfpflags_allow_blocking(gfp_mask)) {
1000                 unsigned long freed = 0;
1001                 blocking_notifier_call_chain(&vmap_notify_list, 0, &freed);
1002                 if (freed > 0) {
1003                         purged = 0;
1004                         goto retry;
1005                 }
1006         }
1007
1008         if (!(gfp_mask & __GFP_NOWARN) && printk_ratelimit())
1009                 pr_warn("vmap allocation for size %lu failed: use vmalloc=<size> to increase size\n",
1010                         size);
1011
1012         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, va);
1013         return ERR_PTR(-EBUSY);
1014 }
1015
1016 int register_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1017 {
1018         return blocking_notifier_chain_register(&vmap_notify_list, nb);
1019 }
1020 EXPORT_SYMBOL_GPL(register_vmap_purge_notifier);
1021
1022 int unregister_vmap_purge_notifier(struct notifier_block *nb)
1023 {
1024         return blocking_notifier_chain_unregister(&vmap_notify_list, nb);
1025 }
1026 EXPORT_SYMBOL_GPL(unregister_vmap_purge_notifier);
1027
1028 static void __free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1029 {
1030         BUG_ON(RB_EMPTY_NODE(&va->rb_node));
1031
1032         /*
1033          * Remove from the busy tree/list.
1034          */
1035         unlink_va(va, &vmap_area_root);
1036
1037         /*
1038          * Merge VA with its neighbors, otherwise just add it.
1039          */
1040         merge_or_add_vmap_area(va,
1041                 &free_vmap_area_root, &free_vmap_area_list);
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Free a region of KVA allocated by alloc_vmap_area
1046  */
1047 static void free_vmap_area(struct vmap_area *va)
1048 {
1049         spin_lock(&vmap_area_lock);
1050         __free_vmap_area(va);
1051         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1052 }
1053
1054 /*
1055  * Clear the pagetable entries of a given vmap_area
1056  */
1057 static void unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
1058 {
1059         vunmap_page_range(va->va_start, va->va_end);
1060 }
1061
1062 /*
1063  * lazy_max_pages is the maximum amount of virtual address space we gather up
1064  * before attempting to purge with a TLB flush.
1065  *
1066  * There is a tradeoff here: a larger number will cover more kernel page tables
1067  * and take slightly longer to purge, but it will linearly reduce the number of
1068  * global TLB flushes that must be performed. It would seem natural to scale
1069  * this number up linearly with the number of CPUs (because vmapping activity
1070  * could also scale linearly with the number of CPUs), however it is likely
1071  * that in practice, workloads might be constrained in other ways that mean
1072  * vmap activity will not scale linearly with CPUs. Also, I want to be
1073  * conservative and not introduce a big latency on huge systems, so go with
1074  * a less aggressive log scale. It will still be an improvement over the old
1075  * code, and it will be simple to change the scale factor if we find that it
1076  * becomes a problem on bigger systems.
1077  */
1078 static unsigned long lazy_max_pages(void)
1079 {
1080         unsigned int log;
1081
1082         log = fls(num_online_cpus());
1083
1084         return log * (32UL * 1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
1085 }
1086
1087 static atomic_long_t vmap_lazy_nr = ATOMIC_LONG_INIT(0);
1088
1089 /*
1090  * Serialize vmap purging.  There is no actual criticial section protected
1091  * by this look, but we want to avoid concurrent calls for performance
1092  * reasons and to make the pcpu_get_vm_areas more deterministic.
1093  */
1094 static DEFINE_MUTEX(vmap_purge_lock);
1095
1096 /* for per-CPU blocks */
1097 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void);
1098
1099 /*
1100  * called before a call to iounmap() if the caller wants vm_area_struct's
1101  * immediately freed.
1102  */
1103 void set_iounmap_nonlazy(void)
1104 {
1105         atomic_long_set(&vmap_lazy_nr, lazy_max_pages()+1);
1106 }
1107
1108 /*
1109  * Purges all lazily-freed vmap areas.
1110  */
1111 static bool __purge_vmap_area_lazy(unsigned long start, unsigned long end)
1112 {
1113         unsigned long resched_threshold;
1114         struct llist_node *valist;
1115         struct vmap_area *va;
1116         struct vmap_area *n_va;
1117
1118         lockdep_assert_held(&vmap_purge_lock);
1119
1120         valist = llist_del_all(&vmap_purge_list);
1121         if (unlikely(valist == NULL))
1122                 return false;
1123
1124         /*
1125          * TODO: to calculate a flush range without looping.
1126          * The list can be up to lazy_max_pages() elements.
1127          */
1128         llist_for_each_entry(va, valist, purge_list) {
1129                 if (va->va_start < start)
1130                         start = va->va_start;
1131                 if (va->va_end > end)
1132                         end = va->va_end;
1133         }
1134
1135         flush_tlb_kernel_range(start, end);
1136         resched_threshold = lazy_max_pages() << 1;
1137
1138         spin_lock(&vmap_area_lock);
1139         llist_for_each_entry_safe(va, n_va, valist, purge_list) {
1140                 unsigned long nr = (va->va_end - va->va_start) >> PAGE_SHIFT;
1141
1142                 __free_vmap_area(va);
1143                 atomic_long_sub(nr, &vmap_lazy_nr);
1144
1145                 if (atomic_long_read(&vmap_lazy_nr) < resched_threshold)
1146                         cond_resched_lock(&vmap_area_lock);
1147         }
1148         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1149         return true;
1150 }
1151
1152 /*
1153  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas. Don't bother if somebody
1154  * is already purging.
1155  */
1156 static void try_purge_vmap_area_lazy(void)
1157 {
1158         if (mutex_trylock(&vmap_purge_lock)) {
1159                 __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1160                 mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1161         }
1162 }
1163
1164 /*
1165  * Kick off a purge of the outstanding lazy areas.
1166  */
1167 static void purge_vmap_area_lazy(void)
1168 {
1169         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1170         purge_fragmented_blocks_allcpus();
1171         __purge_vmap_area_lazy(ULONG_MAX, 0);
1172         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Free a vmap area, caller ensuring that the area has been unmapped
1177  * and flush_cache_vunmap had been called for the correct range
1178  * previously.
1179  */
1180 static void free_vmap_area_noflush(struct vmap_area *va)
1181 {
1182         unsigned long nr_lazy;
1183
1184         nr_lazy = atomic_long_add_return((va->va_end - va->va_start) >>
1185                                 PAGE_SHIFT, &vmap_lazy_nr);
1186
1187         /* After this point, we may free va at any time */
1188         llist_add(&va->purge_list, &vmap_purge_list);
1189
1190         if (unlikely(nr_lazy > lazy_max_pages()))
1191                 try_purge_vmap_area_lazy();
1192 }
1193
1194 /*
1195  * Free and unmap a vmap area
1196  */
1197 static void free_unmap_vmap_area(struct vmap_area *va)
1198 {
1199         flush_cache_vunmap(va->va_start, va->va_end);
1200         unmap_vmap_area(va);
1201         if (debug_pagealloc_enabled())
1202                 flush_tlb_kernel_range(va->va_start, va->va_end);
1203
1204         free_vmap_area_noflush(va);
1205 }
1206
1207 static struct vmap_area *find_vmap_area(unsigned long addr)
1208 {
1209         struct vmap_area *va;
1210
1211         spin_lock(&vmap_area_lock);
1212         va = __find_vmap_area(addr);
1213         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1214
1215         return va;
1216 }
1217
1218 /*** Per cpu kva allocator ***/
1219
1220 /*
1221  * vmap space is limited especially on 32 bit architectures. Ensure there is
1222  * room for at least 16 percpu vmap blocks per CPU.
1223  */
1224 /*
1225  * If we had a constant VMALLOC_START and VMALLOC_END, we'd like to be able
1226  * to #define VMALLOC_SPACE             (VMALLOC_END-VMALLOC_START). Guess
1227  * instead (we just need a rough idea)
1228  */
1229 #if BITS_PER_LONG == 32
1230 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024)
1231 #else
1232 #define VMALLOC_SPACE           (128UL*1024*1024*1024)
1233 #endif
1234
1235 #define VMALLOC_PAGES           (VMALLOC_SPACE / PAGE_SIZE)
1236 #define VMAP_MAX_ALLOC          BITS_PER_LONG   /* 256K with 4K pages */
1237 #define VMAP_BBMAP_BITS_MAX     1024    /* 4MB with 4K pages */
1238 #define VMAP_BBMAP_BITS_MIN     (VMAP_MAX_ALLOC*2)
1239 #define VMAP_MIN(x, y)          ((x) < (y) ? (x) : (y)) /* can't use min() */
1240 #define VMAP_MAX(x, y)          ((x) > (y) ? (x) : (y)) /* can't use max() */
1241 #define VMAP_BBMAP_BITS         \
1242                 VMAP_MIN(VMAP_BBMAP_BITS_MAX,   \
1243                 VMAP_MAX(VMAP_BBMAP_BITS_MIN,   \
1244                         VMALLOC_PAGES / roundup_pow_of_two(NR_CPUS) / 16))
1245
1246 #define VMAP_BLOCK_SIZE         (VMAP_BBMAP_BITS * PAGE_SIZE)
1247
1248 struct vmap_block_queue {
1249         spinlock_t lock;
1250         struct list_head free;
1251 };
1252
1253 struct vmap_block {
1254         spinlock_t lock;
1255         struct vmap_area *va;
1256         unsigned long free, dirty;
1257         unsigned long dirty_min, dirty_max; /*< dirty range */
1258         struct list_head free_list;
1259         struct rcu_head rcu_head;
1260         struct list_head purge;
1261 };
1262
1263 /* Queue of free and dirty vmap blocks, for allocation and flushing purposes */
1264 static DEFINE_PER_CPU(struct vmap_block_queue, vmap_block_queue);
1265
1266 /*
1267  * Radix tree of vmap blocks, indexed by address, to quickly find a vmap block
1268  * in the free path. Could get rid of this if we change the API to return a
1269  * "cookie" from alloc, to be passed to free. But no big deal yet.
1270  */
1271 static DEFINE_SPINLOCK(vmap_block_tree_lock);
1272 static RADIX_TREE(vmap_block_tree, GFP_ATOMIC);
1273
1274 /*
1275  * We should probably have a fallback mechanism to allocate virtual memory
1276  * out of partially filled vmap blocks. However vmap block sizing should be
1277  * fairly reasonable according to the vmalloc size, so it shouldn't be a
1278  * big problem.
1279  */
1280
1281 static unsigned long addr_to_vb_idx(unsigned long addr)
1282 {
1283         addr -= VMALLOC_START & ~(VMAP_BLOCK_SIZE-1);
1284         addr /= VMAP_BLOCK_SIZE;
1285         return addr;
1286 }
1287
1288 static void *vmap_block_vaddr(unsigned long va_start, unsigned long pages_off)
1289 {
1290         unsigned long addr;
1291
1292         addr = va_start + (pages_off << PAGE_SHIFT);
1293         BUG_ON(addr_to_vb_idx(addr) != addr_to_vb_idx(va_start));
1294         return (void *)addr;
1295 }
1296
1297 /**
1298  * new_vmap_block - allocates new vmap_block and occupies 2^order pages in this
1299  *                  block. Of course pages number can't exceed VMAP_BBMAP_BITS
1300  * @order:    how many 2^order pages should be occupied in newly allocated block
1301  * @gfp_mask: flags for the page level allocator
1302  *
1303  * Return: virtual address in a newly allocated block or ERR_PTR(-errno)
1304  */
1305 static void *new_vmap_block(unsigned int order, gfp_t gfp_mask)
1306 {
1307         struct vmap_block_queue *vbq;
1308         struct vmap_block *vb;
1309         struct vmap_area *va;
1310         unsigned long vb_idx;
1311         int node, err;
1312         void *vaddr;
1313
1314         node = numa_node_id();
1315
1316         vb = kmalloc_node(sizeof(struct vmap_block),
1317                         gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1318         if (unlikely(!vb))
1319                 return ERR_PTR(-ENOMEM);
1320
1321         va = alloc_vmap_area(VMAP_BLOCK_SIZE, VMAP_BLOCK_SIZE,
1322                                         VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1323                                         node, gfp_mask);
1324         if (IS_ERR(va)) {
1325                 kfree(vb);
1326                 return ERR_CAST(va);
1327         }
1328
1329         err = radix_tree_preload(gfp_mask);
1330         if (unlikely(err)) {
1331                 kfree(vb);
1332                 free_vmap_area(va);
1333                 return ERR_PTR(err);
1334         }
1335
1336         vaddr = vmap_block_vaddr(va->va_start, 0);
1337         spin_lock_init(&vb->lock);
1338         vb->va = va;
1339         /* At least something should be left free */
1340         BUG_ON(VMAP_BBMAP_BITS <= (1UL << order));
1341         vb->free = VMAP_BBMAP_BITS - (1UL << order);
1342         vb->dirty = 0;
1343         vb->dirty_min = VMAP_BBMAP_BITS;
1344         vb->dirty_max = 0;
1345         INIT_LIST_HEAD(&vb->free_list);
1346
1347         vb_idx = addr_to_vb_idx(va->va_start);
1348         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
1349         err = radix_tree_insert(&vmap_block_tree, vb_idx, vb);
1350         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
1351         BUG_ON(err);
1352         radix_tree_preload_end();
1353
1354         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1355         spin_lock(&vbq->lock);
1356         list_add_tail_rcu(&vb->free_list, &vbq->free);
1357         spin_unlock(&vbq->lock);
1358         put_cpu_var(vmap_block_queue);
1359
1360         return vaddr;
1361 }
1362
1363 static void free_vmap_block(struct vmap_block *vb)
1364 {
1365         struct vmap_block *tmp;
1366         unsigned long vb_idx;
1367
1368         vb_idx = addr_to_vb_idx(vb->va->va_start);
1369         spin_lock(&vmap_block_tree_lock);
1370         tmp = radix_tree_delete(&vmap_block_tree, vb_idx);
1371         spin_unlock(&vmap_block_tree_lock);
1372         BUG_ON(tmp != vb);
1373
1374         free_vmap_area_noflush(vb->va);
1375         kfree_rcu(vb, rcu_head);
1376 }
1377
1378 static void purge_fragmented_blocks(int cpu)
1379 {
1380         LIST_HEAD(purge);
1381         struct vmap_block *vb;
1382         struct vmap_block *n_vb;
1383         struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1384
1385         rcu_read_lock();
1386         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1387
1388                 if (!(vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS))
1389                         continue;
1390
1391                 spin_lock(&vb->lock);
1392                 if (vb->free + vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS && vb->dirty != VMAP_BBMAP_BITS) {
1393                         vb->free = 0; /* prevent further allocs after releasing lock */
1394                         vb->dirty = VMAP_BBMAP_BITS; /* prevent purging it again */
1395                         vb->dirty_min = 0;
1396                         vb->dirty_max = VMAP_BBMAP_BITS;
1397                         spin_lock(&vbq->lock);
1398                         list_del_rcu(&vb->free_list);
1399                         spin_unlock(&vbq->lock);
1400                         spin_unlock(&vb->lock);
1401                         list_add_tail(&vb->purge, &purge);
1402                 } else
1403                         spin_unlock(&vb->lock);
1404         }
1405         rcu_read_unlock();
1406
1407         list_for_each_entry_safe(vb, n_vb, &purge, purge) {
1408                 list_del(&vb->purge);
1409                 free_vmap_block(vb);
1410         }
1411 }
1412
1413 static void purge_fragmented_blocks_allcpus(void)
1414 {
1415         int cpu;
1416
1417         for_each_possible_cpu(cpu)
1418                 purge_fragmented_blocks(cpu);
1419 }
1420
1421 static void *vb_alloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask)
1422 {
1423         struct vmap_block_queue *vbq;
1424         struct vmap_block *vb;
1425         void *vaddr = NULL;
1426         unsigned int order;
1427
1428         BUG_ON(offset_in_page(size));
1429         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
1430         if (WARN_ON(size == 0)) {
1431                 /*
1432                  * Allocating 0 bytes isn't what caller wants since
1433                  * get_order(0) returns funny result. Just warn and terminate
1434                  * early.
1435                  */
1436                 return NULL;
1437         }
1438         order = get_order(size);
1439
1440         rcu_read_lock();
1441         vbq = &get_cpu_var(vmap_block_queue);
1442         list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1443                 unsigned long pages_off;
1444
1445                 spin_lock(&vb->lock);
1446                 if (vb->free < (1UL << order)) {
1447                         spin_unlock(&vb->lock);
1448                         continue;
1449                 }
1450
1451                 pages_off = VMAP_BBMAP_BITS - vb->free;
1452                 vaddr = vmap_block_vaddr(vb->va->va_start, pages_off);
1453                 vb->free -= 1UL << order;
1454                 if (vb->free == 0) {
1455                         spin_lock(&vbq->lock);
1456                         list_del_rcu(&vb->free_list);
1457                         spin_unlock(&vbq->lock);
1458                 }
1459
1460                 spin_unlock(&vb->lock);
1461                 break;
1462         }
1463
1464         put_cpu_var(vmap_block_queue);
1465         rcu_read_unlock();
1466
1467         /* Allocate new block if nothing was found */
1468         if (!vaddr)
1469                 vaddr = new_vmap_block(order, gfp_mask);
1470
1471         return vaddr;
1472 }
1473
1474 static void vb_free(const void *addr, unsigned long size)
1475 {
1476         unsigned long offset;
1477         unsigned long vb_idx;
1478         unsigned int order;
1479         struct vmap_block *vb;
1480
1481         BUG_ON(offset_in_page(size));
1482         BUG_ON(size > PAGE_SIZE*VMAP_MAX_ALLOC);
1483
1484         flush_cache_vunmap((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
1485
1486         order = get_order(size);
1487
1488         offset = (unsigned long)addr & (VMAP_BLOCK_SIZE - 1);
1489         offset >>= PAGE_SHIFT;
1490
1491         vb_idx = addr_to_vb_idx((unsigned long)addr);
1492         rcu_read_lock();
1493         vb = radix_tree_lookup(&vmap_block_tree, vb_idx);
1494         rcu_read_unlock();
1495         BUG_ON(!vb);
1496
1497         vunmap_page_range((unsigned long)addr, (unsigned long)addr + size);
1498
1499         if (debug_pagealloc_enabled())
1500                 flush_tlb_kernel_range((unsigned long)addr,
1501                                         (unsigned long)addr + size);
1502
1503         spin_lock(&vb->lock);
1504
1505         /* Expand dirty range */
1506         vb->dirty_min = min(vb->dirty_min, offset);
1507         vb->dirty_max = max(vb->dirty_max, offset + (1UL << order));
1508
1509         vb->dirty += 1UL << order;
1510         if (vb->dirty == VMAP_BBMAP_BITS) {
1511                 BUG_ON(vb->free);
1512                 spin_unlock(&vb->lock);
1513                 free_vmap_block(vb);
1514         } else
1515                 spin_unlock(&vb->lock);
1516 }
1517
1518 static void _vm_unmap_aliases(unsigned long start, unsigned long end, int flush)
1519 {
1520         int cpu;
1521
1522         if (unlikely(!vmap_initialized))
1523                 return;
1524
1525         might_sleep();
1526
1527         for_each_possible_cpu(cpu) {
1528                 struct vmap_block_queue *vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, cpu);
1529                 struct vmap_block *vb;
1530
1531                 rcu_read_lock();
1532                 list_for_each_entry_rcu(vb, &vbq->free, free_list) {
1533                         spin_lock(&vb->lock);
1534                         if (vb->dirty) {
1535                                 unsigned long va_start = vb->va->va_start;
1536                                 unsigned long s, e;
1537
1538                                 s = va_start + (vb->dirty_min << PAGE_SHIFT);
1539                                 e = va_start + (vb->dirty_max << PAGE_SHIFT);
1540
1541                                 start = min(s, start);
1542                                 end   = max(e, end);
1543
1544                                 flush = 1;
1545                         }
1546                         spin_unlock(&vb->lock);
1547                 }
1548                 rcu_read_unlock();
1549         }
1550
1551         mutex_lock(&vmap_purge_lock);
1552         purge_fragmented_blocks_allcpus();
1553         if (!__purge_vmap_area_lazy(start, end) && flush)
1554                 flush_tlb_kernel_range(start, end);
1555         mutex_unlock(&vmap_purge_lock);
1556 }
1557
1558 /**
1559  * vm_unmap_aliases - unmap outstanding lazy aliases in the vmap layer
1560  *
1561  * The vmap/vmalloc layer lazily flushes kernel virtual mappings primarily
1562  * to amortize TLB flushing overheads. What this means is that any page you
1563  * have now, may, in a former life, have been mapped into kernel virtual
1564  * address by the vmap layer and so there might be some CPUs with TLB entries
1565  * still referencing that page (additional to the regular 1:1 kernel mapping).
1566  *
1567  * vm_unmap_aliases flushes all such lazy mappings. After it returns, we can
1568  * be sure that none of the pages we have control over will have any aliases
1569  * from the vmap layer.
1570  */
1571 void vm_unmap_aliases(void)
1572 {
1573         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
1574         int flush = 0;
1575
1576         _vm_unmap_aliases(start, end, flush);
1577 }
1578 EXPORT_SYMBOL_GPL(vm_unmap_aliases);
1579
1580 /**
1581  * vm_unmap_ram - unmap linear kernel address space set up by vm_map_ram
1582  * @mem: the pointer returned by vm_map_ram
1583  * @count: the count passed to that vm_map_ram call (cannot unmap partial)
1584  */
1585 void vm_unmap_ram(const void *mem, unsigned int count)
1586 {
1587         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
1588         unsigned long addr = (unsigned long)mem;
1589         struct vmap_area *va;
1590
1591         might_sleep();
1592         BUG_ON(!addr);
1593         BUG_ON(addr < VMALLOC_START);
1594         BUG_ON(addr > VMALLOC_END);
1595         BUG_ON(!PAGE_ALIGNED(addr));
1596
1597         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
1598                 debug_check_no_locks_freed(mem, size);
1599                 vb_free(mem, size);
1600                 return;
1601         }
1602
1603         va = find_vmap_area(addr);
1604         BUG_ON(!va);
1605         debug_check_no_locks_freed((void *)va->va_start,
1606                                     (va->va_end - va->va_start));
1607         free_unmap_vmap_area(va);
1608 }
1609 EXPORT_SYMBOL(vm_unmap_ram);
1610
1611 /**
1612  * vm_map_ram - map pages linearly into kernel virtual address (vmalloc space)
1613  * @pages: an array of pointers to the pages to be mapped
1614  * @count: number of pages
1615  * @node: prefer to allocate data structures on this node
1616  * @prot: memory protection to use. PAGE_KERNEL for regular RAM
1617  *
1618  * If you use this function for less than VMAP_MAX_ALLOC pages, it could be
1619  * faster than vmap so it's good.  But if you mix long-life and short-life
1620  * objects with vm_map_ram(), it could consume lots of address space through
1621  * fragmentation (especially on a 32bit machine).  You could see failures in
1622  * the end.  Please use this function for short-lived objects.
1623  *
1624  * Returns: a pointer to the address that has been mapped, or %NULL on failure
1625  */
1626 void *vm_map_ram(struct page **pages, unsigned int count, int node, pgprot_t prot)
1627 {
1628         unsigned long size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
1629         unsigned long addr;
1630         void *mem;
1631
1632         if (likely(count <= VMAP_MAX_ALLOC)) {
1633                 mem = vb_alloc(size, GFP_KERNEL);
1634                 if (IS_ERR(mem))
1635                         return NULL;
1636                 addr = (unsigned long)mem;
1637         } else {
1638                 struct vmap_area *va;
1639                 va = alloc_vmap_area(size, PAGE_SIZE,
1640                                 VMALLOC_START, VMALLOC_END, node, GFP_KERNEL);
1641                 if (IS_ERR(va))
1642                         return NULL;
1643
1644                 addr = va->va_start;
1645                 mem = (void *)addr;
1646         }
1647         if (vmap_page_range(addr, addr + size, prot, pages) < 0) {
1648                 vm_unmap_ram(mem, count);
1649                 return NULL;
1650         }
1651         return mem;
1652 }
1653 EXPORT_SYMBOL(vm_map_ram);
1654
1655 static struct vm_struct *vmlist __initdata;
1656
1657 /**
1658  * vm_area_add_early - add vmap area early during boot
1659  * @vm: vm_struct to add
1660  *
1661  * This function is used to add fixed kernel vm area to vmlist before
1662  * vmalloc_init() is called.  @vm->addr, @vm->size, and @vm->flags
1663  * should contain proper values and the other fields should be zero.
1664  *
1665  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
1666  */
1667 void __init vm_area_add_early(struct vm_struct *vm)
1668 {
1669         struct vm_struct *tmp, **p;
1670
1671         BUG_ON(vmap_initialized);
1672         for (p = &vmlist; (tmp = *p) != NULL; p = &tmp->next) {
1673                 if (tmp->addr >= vm->addr) {
1674                         BUG_ON(tmp->addr < vm->addr + vm->size);
1675                         break;
1676                 } else
1677                         BUG_ON(tmp->addr + tmp->size > vm->addr);
1678         }
1679         vm->next = *p;
1680         *p = vm;
1681 }
1682
1683 /**
1684  * vm_area_register_early - register vmap area early during boot
1685  * @vm: vm_struct to register
1686  * @align: requested alignment
1687  *
1688  * This function is used to register kernel vm area before
1689  * vmalloc_init() is called.  @vm->size and @vm->flags should contain
1690  * proper values on entry and other fields should be zero.  On return,
1691  * vm->addr contains the allocated address.
1692  *
1693  * DO NOT USE THIS FUNCTION UNLESS YOU KNOW WHAT YOU'RE DOING.
1694  */
1695 void __init vm_area_register_early(struct vm_struct *vm, size_t align)
1696 {
1697         static size_t vm_init_off __initdata;
1698         unsigned long addr;
1699
1700         addr = ALIGN(VMALLOC_START + vm_init_off, align);
1701         vm_init_off = PFN_ALIGN(addr + vm->size) - VMALLOC_START;
1702
1703         vm->addr = (void *)addr;
1704
1705         vm_area_add_early(vm);
1706 }
1707
1708 static void vmap_init_free_space(void)
1709 {
1710         unsigned long vmap_start = 1;
1711         const unsigned long vmap_end = ULONG_MAX;
1712         struct vmap_area *busy, *free;
1713
1714         /*
1715          *     B     F     B     B     B     F
1716          * -|-----|.....|-----|-----|-----|.....|-
1717          *  |           The KVA space           |
1718          *  |<--------------------------------->|
1719          */
1720         list_for_each_entry(busy, &vmap_area_list, list) {
1721                 if (busy->va_start - vmap_start > 0) {
1722                         free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1723                         if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
1724                                 free->va_start = vmap_start;
1725                                 free->va_end = busy->va_start;
1726
1727                                 insert_vmap_area_augment(free, NULL,
1728                                         &free_vmap_area_root,
1729                                                 &free_vmap_area_list);
1730                         }
1731                 }
1732
1733                 vmap_start = busy->va_end;
1734         }
1735
1736         if (vmap_end - vmap_start > 0) {
1737                 free = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1738                 if (!WARN_ON_ONCE(!free)) {
1739                         free->va_start = vmap_start;
1740                         free->va_end = vmap_end;
1741
1742                         insert_vmap_area_augment(free, NULL,
1743                                 &free_vmap_area_root,
1744                                         &free_vmap_area_list);
1745                 }
1746         }
1747 }
1748
1749 void __init vmalloc_init(void)
1750 {
1751         struct vmap_area *va;
1752         struct vm_struct *tmp;
1753         int i;
1754
1755         /*
1756          * Create the cache for vmap_area objects.
1757          */
1758         vmap_area_cachep = KMEM_CACHE(vmap_area, SLAB_PANIC);
1759
1760         for_each_possible_cpu(i) {
1761                 struct vmap_block_queue *vbq;
1762                 struct vfree_deferred *p;
1763
1764                 vbq = &per_cpu(vmap_block_queue, i);
1765                 spin_lock_init(&vbq->lock);
1766                 INIT_LIST_HEAD(&vbq->free);
1767                 p = &per_cpu(vfree_deferred, i);
1768                 init_llist_head(&p->list);
1769                 INIT_WORK(&p->wq, free_work);
1770         }
1771
1772         /* Import existing vmlist entries. */
1773         for (tmp = vmlist; tmp; tmp = tmp->next) {
1774                 va = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_NOWAIT);
1775                 if (WARN_ON_ONCE(!va))
1776                         continue;
1777
1778                 va->flags = VM_VM_AREA;
1779                 va->va_start = (unsigned long)tmp->addr;
1780                 va->va_end = va->va_start + tmp->size;
1781                 va->vm = tmp;
1782                 insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
1783         }
1784
1785         /*
1786          * Now we can initialize a free vmap space.
1787          */
1788         vmap_init_free_space();
1789         vmap_initialized = true;
1790 }
1791
1792 /**
1793  * map_kernel_range_noflush - map kernel VM area with the specified pages
1794  * @addr: start of the VM area to map
1795  * @size: size of the VM area to map
1796  * @prot: page protection flags to use
1797  * @pages: pages to map
1798  *
1799  * Map PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1800  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1801  * friends.
1802  *
1803  * NOTE:
1804  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1805  * responsible for calling flush_cache_vmap() on to-be-mapped areas
1806  * before calling this function.
1807  *
1808  * RETURNS:
1809  * The number of pages mapped on success, -errno on failure.
1810  */
1811 int map_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size,
1812                              pgprot_t prot, struct page **pages)
1813 {
1814         return vmap_page_range_noflush(addr, addr + size, prot, pages);
1815 }
1816
1817 /**
1818  * unmap_kernel_range_noflush - unmap kernel VM area
1819  * @addr: start of the VM area to unmap
1820  * @size: size of the VM area to unmap
1821  *
1822  * Unmap PFN_UP(@size) pages at @addr.  The VM area @addr and @size
1823  * specify should have been allocated using get_vm_area() and its
1824  * friends.
1825  *
1826  * NOTE:
1827  * This function does NOT do any cache flushing.  The caller is
1828  * responsible for calling flush_cache_vunmap() on to-be-mapped areas
1829  * before calling this function and flush_tlb_kernel_range() after.
1830  */
1831 void unmap_kernel_range_noflush(unsigned long addr, unsigned long size)
1832 {
1833         vunmap_page_range(addr, addr + size);
1834 }
1835 EXPORT_SYMBOL_GPL(unmap_kernel_range_noflush);
1836
1837 /**
1838  * unmap_kernel_range - unmap kernel VM area and flush cache and TLB
1839  * @addr: start of the VM area to unmap
1840  * @size: size of the VM area to unmap
1841  *
1842  * Similar to unmap_kernel_range_noflush() but flushes vcache before
1843  * the unmapping and tlb after.
1844  */
1845 void unmap_kernel_range(unsigned long addr, unsigned long size)
1846 {
1847         unsigned long end = addr + size;
1848
1849         flush_cache_vunmap(addr, end);
1850         vunmap_page_range(addr, end);
1851         flush_tlb_kernel_range(addr, end);
1852 }
1853 EXPORT_SYMBOL_GPL(unmap_kernel_range);
1854
1855 int map_vm_area(struct vm_struct *area, pgprot_t prot, struct page **pages)
1856 {
1857         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
1858         unsigned long end = addr + get_vm_area_size(area);
1859         int err;
1860
1861         err = vmap_page_range(addr, end, prot, pages);
1862
1863         return err > 0 ? 0 : err;
1864 }
1865 EXPORT_SYMBOL_GPL(map_vm_area);
1866
1867 static void setup_vmalloc_vm(struct vm_struct *vm, struct vmap_area *va,
1868                               unsigned long flags, const void *caller)
1869 {
1870         spin_lock(&vmap_area_lock);
1871         vm->flags = flags;
1872         vm->addr = (void *)va->va_start;
1873         vm->size = va->va_end - va->va_start;
1874         vm->caller = caller;
1875         va->vm = vm;
1876         va->flags |= VM_VM_AREA;
1877         spin_unlock(&vmap_area_lock);
1878 }
1879
1880 static void clear_vm_uninitialized_flag(struct vm_struct *vm)
1881 {
1882         /*
1883          * Before removing VM_UNINITIALIZED,
1884          * we should make sure that vm has proper values.
1885          * Pair with smp_rmb() in show_numa_info().
1886          */
1887         smp_wmb();
1888         vm->flags &= ~VM_UNINITIALIZED;
1889 }
1890
1891 static struct vm_struct *__get_vm_area_node(unsigned long size,
1892                 unsigned long align, unsigned long flags, unsigned long start,
1893                 unsigned long end, int node, gfp_t gfp_mask, const void *caller)
1894 {
1895         struct vmap_area *va;
1896         struct vm_struct *area;
1897
1898         BUG_ON(in_interrupt());
1899         size = PAGE_ALIGN(size);
1900         if (unlikely(!size))
1901                 return NULL;
1902
1903         if (flags & VM_IOREMAP)
1904                 align = 1ul << clamp_t(int, get_count_order_long(size),
1905                                        PAGE_SHIFT, IOREMAP_MAX_ORDER);
1906
1907         area = kzalloc_node(sizeof(*area), gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK, node);
1908         if (unlikely(!area))
1909                 return NULL;
1910
1911         if (!(flags & VM_NO_GUARD))
1912                 size += PAGE_SIZE;
1913
1914         va = alloc_vmap_area(size, align, start, end, node, gfp_mask);
1915         if (IS_ERR(va)) {
1916                 kfree(area);
1917                 return NULL;
1918         }
1919
1920         setup_vmalloc_vm(area, va, flags, caller);
1921
1922         return area;
1923 }
1924
1925 struct vm_struct *__get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags,
1926                                 unsigned long start, unsigned long end)
1927 {
1928         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, NUMA_NO_NODE,
1929                                   GFP_KERNEL, __builtin_return_address(0));
1930 }
1931 EXPORT_SYMBOL_GPL(__get_vm_area);
1932
1933 struct vm_struct *__get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1934                                        unsigned long start, unsigned long end,
1935                                        const void *caller)
1936 {
1937         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, start, end, NUMA_NO_NODE,
1938                                   GFP_KERNEL, caller);
1939 }
1940
1941 /**
1942  * get_vm_area - reserve a contiguous kernel virtual area
1943  * @size:        size of the area
1944  * @flags:       %VM_IOREMAP for I/O mappings or VM_ALLOC
1945  *
1946  * Search an area of @size in the kernel virtual mapping area,
1947  * and reserved it for out purposes.  Returns the area descriptor
1948  * on success or %NULL on failure.
1949  *
1950  * Return: the area descriptor on success or %NULL on failure.
1951  */
1952 struct vm_struct *get_vm_area(unsigned long size, unsigned long flags)
1953 {
1954         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1955                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL,
1956                                   __builtin_return_address(0));
1957 }
1958
1959 struct vm_struct *get_vm_area_caller(unsigned long size, unsigned long flags,
1960                                 const void *caller)
1961 {
1962         return __get_vm_area_node(size, 1, flags, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
1963                                   NUMA_NO_NODE, GFP_KERNEL, caller);
1964 }
1965
1966 /**
1967  * find_vm_area - find a continuous kernel virtual area
1968  * @addr:         base address
1969  *
1970  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and return it.
1971  * It is up to the caller to do all required locking to keep the returned
1972  * pointer valid.
1973  *
1974  * Return: pointer to the found area or %NULL on faulure
1975  */
1976 struct vm_struct *find_vm_area(const void *addr)
1977 {
1978         struct vmap_area *va;
1979
1980         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
1981         if (va && va->flags & VM_VM_AREA)
1982                 return va->vm;
1983
1984         return NULL;
1985 }
1986
1987 /**
1988  * remove_vm_area - find and remove a continuous kernel virtual area
1989  * @addr:           base address
1990  *
1991  * Search for the kernel VM area starting at @addr, and remove it.
1992  * This function returns the found VM area, but using it is NOT safe
1993  * on SMP machines, except for its size or flags.
1994  *
1995  * Return: pointer to the found area or %NULL on faulure
1996  */
1997 struct vm_struct *remove_vm_area(const void *addr)
1998 {
1999         struct vmap_area *va;
2000
2001         might_sleep();
2002
2003         va = find_vmap_area((unsigned long)addr);
2004         if (va && va->flags & VM_VM_AREA) {
2005                 struct vm_struct *vm = va->vm;
2006
2007                 spin_lock(&vmap_area_lock);
2008                 va->vm = NULL;
2009                 va->flags &= ~VM_VM_AREA;
2010                 va->flags |= VM_LAZY_FREE;
2011                 spin_unlock(&vmap_area_lock);
2012
2013                 kasan_free_shadow(vm);
2014                 free_unmap_vmap_area(va);
2015
2016                 return vm;
2017         }
2018         return NULL;
2019 }
2020
2021 static inline void set_area_direct_map(const struct vm_struct *area,
2022                                        int (*set_direct_map)(struct page *page))
2023 {
2024         int i;
2025
2026         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++)
2027                 if (page_address(area->pages[i]))
2028                         set_direct_map(area->pages[i]);
2029 }
2030
2031 /* Handle removing and resetting vm mappings related to the vm_struct. */
2032 static void vm_remove_mappings(struct vm_struct *area, int deallocate_pages)
2033 {
2034         unsigned long addr = (unsigned long)area->addr;
2035         unsigned long start = ULONG_MAX, end = 0;
2036         int flush_reset = area->flags & VM_FLUSH_RESET_PERMS;
2037         int i;
2038
2039         /*
2040          * The below block can be removed when all architectures that have
2041          * direct map permissions also have set_direct_map_() implementations.
2042          * This is concerned with resetting the direct map any an vm alias with
2043          * execute permissions, without leaving a RW+X window.
2044          */
2045         if (flush_reset && !IS_ENABLED(CONFIG_ARCH_HAS_SET_DIRECT_MAP)) {
2046                 set_memory_nx(addr, area->nr_pages);
2047                 set_memory_rw(addr, area->nr_pages);
2048         }
2049
2050         remove_vm_area(area->addr);
2051
2052         /* If this is not VM_FLUSH_RESET_PERMS memory, no need for the below. */
2053         if (!flush_reset)
2054                 return;
2055
2056         /*
2057          * If not deallocating pages, just do the flush of the VM area and
2058          * return.
2059          */
2060         if (!deallocate_pages) {
2061                 vm_unmap_aliases();
2062                 return;
2063         }
2064
2065         /*
2066          * If execution gets here, flush the vm mapping and reset the direct
2067          * map. Find the start and end range of the direct mappings to make sure
2068          * the vm_unmap_aliases() flush includes the direct map.
2069          */
2070         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
2071                 if (page_address(area->pages[i])) {
2072                         start = min(addr, start);
2073                         end = max(addr, end);
2074                 }
2075         }
2076
2077         /*
2078          * Set direct map to something invalid so that it won't be cached if
2079          * there are any accesses after the TLB flush, then flush the TLB and
2080          * reset the direct map permissions to the default.
2081          */
2082         set_area_direct_map(area, set_direct_map_invalid_noflush);
2083         _vm_unmap_aliases(start, end, 1);
2084         set_area_direct_map(area, set_direct_map_default_noflush);
2085 }
2086
2087 static void __vunmap(const void *addr, int deallocate_pages)
2088 {
2089         struct vm_struct *area;
2090
2091         if (!addr)
2092                 return;
2093
2094         if (WARN(!PAGE_ALIGNED(addr), "Trying to vfree() bad address (%p)\n",
2095                         addr))
2096                 return;
2097
2098         area = find_vm_area(addr);
2099         if (unlikely(!area)) {
2100                 WARN(1, KERN_ERR "Trying to vfree() nonexistent vm area (%p)\n",
2101                                 addr);
2102                 return;
2103         }
2104
2105         debug_check_no_locks_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2106         debug_check_no_obj_freed(area->addr, get_vm_area_size(area));
2107
2108         vm_remove_mappings(area, deallocate_pages);
2109
2110         if (deallocate_pages) {
2111                 int i;
2112
2113                 for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
2114                         struct page *page = area->pages[i];
2115
2116                         BUG_ON(!page);
2117                         __free_pages(page, 0);
2118                 }
2119
2120                 kvfree(area->pages);
2121         }
2122
2123         kfree(area);
2124         return;
2125 }
2126
2127 static inline void __vfree_deferred(const void *addr)
2128 {
2129         /*
2130          * Use raw_cpu_ptr() because this can be called from preemptible
2131          * context. Preemption is absolutely fine here, because the llist_add()
2132          * implementation is lockless, so it works even if we are adding to
2133          * nother cpu's list.  schedule_work() should be fine with this too.
2134          */
2135         struct vfree_deferred *p = raw_cpu_ptr(&vfree_deferred);
2136
2137         if (llist_add((struct llist_node *)addr, &p->list))
2138                 schedule_work(&p->wq);
2139 }
2140
2141 /**
2142  * vfree_atomic - release memory allocated by vmalloc()
2143  * @addr:         memory base address
2144  *
2145  * This one is just like vfree() but can be called in any atomic context
2146  * except NMIs.
2147  */
2148 void vfree_atomic(const void *addr)
2149 {
2150         BUG_ON(in_nmi());
2151
2152         kmemleak_free(addr);
2153
2154         if (!addr)
2155                 return;
2156         __vfree_deferred(addr);
2157 }
2158
2159 static void __vfree(const void *addr)
2160 {
2161         if (unlikely(in_interrupt()))
2162                 __vfree_deferred(addr);
2163         else
2164                 __vunmap(addr, 1);
2165 }
2166
2167 /**
2168  * vfree - release memory allocated by vmalloc()
2169  * @addr:  memory base address
2170  *
2171  * Free the virtually continuous memory area starting at @addr, as
2172  * obtained from vmalloc(), vmalloc_32() or __vmalloc(). If @addr is
2173  * NULL, no operation is performed.
2174  *
2175  * Must not be called in NMI context (strictly speaking, only if we don't
2176  * have CONFIG_ARCH_HAVE_NMI_SAFE_CMPXCHG, but making the calling
2177  * conventions for vfree() arch-depenedent would be a really bad idea)
2178  *
2179  * May sleep if called *not* from interrupt context.
2180  *
2181  * NOTE: assumes that the object at @addr has a size >= sizeof(llist_node)
2182  */
2183 void vfree(const void *addr)
2184 {
2185         BUG_ON(in_nmi());
2186
2187         kmemleak_free(addr);
2188
2189         might_sleep_if(!in_interrupt());
2190
2191         if (!addr)
2192                 return;
2193
2194         __vfree(addr);
2195 }
2196 EXPORT_SYMBOL(vfree);
2197
2198 /**
2199  * vunmap - release virtual mapping obtained by vmap()
2200  * @addr:   memory base address
2201  *
2202  * Free the virtually contiguous memory area starting at @addr,
2203  * which was created from the page array passed to vmap().
2204  *
2205  * Must not be called in interrupt context.
2206  */
2207 void vunmap(const void *addr)
2208 {
2209         BUG_ON(in_interrupt());
2210         might_sleep();
2211         if (addr)
2212                 __vunmap(addr, 0);
2213 }
2214 EXPORT_SYMBOL(vunmap);
2215
2216 /**
2217  * vmap - map an array of pages into virtually contiguous space
2218  * @pages: array of page pointers
2219  * @count: number of pages to map
2220  * @flags: vm_area->flags
2221  * @prot: page protection for the mapping
2222  *
2223  * Maps @count pages from @pages into contiguous kernel virtual
2224  * space.
2225  *
2226  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2227  */
2228 void *vmap(struct page **pages, unsigned int count,
2229            unsigned long flags, pgprot_t prot)
2230 {
2231         struct vm_struct *area;
2232         unsigned long size;             /* In bytes */
2233
2234         might_sleep();
2235
2236         if (count > totalram_pages())
2237                 return NULL;
2238
2239         size = (unsigned long)count << PAGE_SHIFT;
2240         area = get_vm_area_caller(size, flags, __builtin_return_address(0));
2241         if (!area)
2242                 return NULL;
2243
2244         if (map_vm_area(area, prot, pages)) {
2245                 vunmap(area->addr);
2246                 return NULL;
2247         }
2248
2249         return area->addr;
2250 }
2251 EXPORT_SYMBOL(vmap);
2252
2253 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
2254                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
2255                             int node, const void *caller);
2256 static void *__vmalloc_area_node(struct vm_struct *area, gfp_t gfp_mask,
2257                                  pgprot_t prot, int node)
2258 {
2259         struct page **pages;
2260         unsigned int nr_pages, array_size, i;
2261         const gfp_t nested_gfp = (gfp_mask & GFP_RECLAIM_MASK) | __GFP_ZERO;
2262         const gfp_t alloc_mask = gfp_mask | __GFP_NOWARN;
2263         const gfp_t highmem_mask = (gfp_mask & (GFP_DMA | GFP_DMA32)) ?
2264                                         0 :
2265                                         __GFP_HIGHMEM;
2266
2267         nr_pages = get_vm_area_size(area) >> PAGE_SHIFT;
2268         array_size = (nr_pages * sizeof(struct page *));
2269
2270         area->nr_pages = nr_pages;
2271         /* Please note that the recursion is strictly bounded. */
2272         if (array_size > PAGE_SIZE) {
2273                 pages = __vmalloc_node(array_size, 1, nested_gfp|highmem_mask,
2274                                 PAGE_KERNEL, node, area->caller);
2275         } else {
2276                 pages = kmalloc_node(array_size, nested_gfp, node);
2277         }
2278         area->pages = pages;
2279         if (!area->pages) {
2280                 remove_vm_area(area->addr);
2281                 kfree(area);
2282                 return NULL;
2283         }
2284
2285         for (i = 0; i < area->nr_pages; i++) {
2286                 struct page *page;
2287
2288                 if (node == NUMA_NO_NODE)
2289                         page = alloc_page(alloc_mask|highmem_mask);
2290                 else
2291                         page = alloc_pages_node(node, alloc_mask|highmem_mask, 0);
2292
2293                 if (unlikely(!page)) {
2294                         /* Successfully allocated i pages, free them in __vunmap() */
2295                         area->nr_pages = i;
2296                         goto fail;
2297                 }
2298                 area->pages[i] = page;
2299                 if (gfpflags_allow_blocking(gfp_mask|highmem_mask))
2300                         cond_resched();
2301         }
2302
2303         if (map_vm_area(area, prot, pages))
2304                 goto fail;
2305         return area->addr;
2306
2307 fail:
2308         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2309                           "vmalloc: allocation failure, allocated %ld of %ld bytes",
2310                           (area->nr_pages*PAGE_SIZE), area->size);
2311         __vfree(area->addr);
2312         return NULL;
2313 }
2314
2315 /**
2316  * __vmalloc_node_range - allocate virtually contiguous memory
2317  * @size:                 allocation size
2318  * @align:                desired alignment
2319  * @start:                vm area range start
2320  * @end:                  vm area range end
2321  * @gfp_mask:             flags for the page level allocator
2322  * @prot:                 protection mask for the allocated pages
2323  * @vm_flags:             additional vm area flags (e.g. %VM_NO_GUARD)
2324  * @node:                 node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
2325  * @caller:               caller's return address
2326  *
2327  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2328  * allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
2329  * kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
2330  *
2331  * Return: the address of the area or %NULL on failure
2332  */
2333 void *__vmalloc_node_range(unsigned long size, unsigned long align,
2334                         unsigned long start, unsigned long end, gfp_t gfp_mask,
2335                         pgprot_t prot, unsigned long vm_flags, int node,
2336                         const void *caller)
2337 {
2338         struct vm_struct *area;
2339         void *addr;
2340         unsigned long real_size = size;
2341
2342         size = PAGE_ALIGN(size);
2343         if (!size || (size >> PAGE_SHIFT) > totalram_pages())
2344                 goto fail;
2345
2346         area = __get_vm_area_node(size, align, VM_ALLOC | VM_UNINITIALIZED |
2347                                 vm_flags, start, end, node, gfp_mask, caller);
2348         if (!area)
2349                 goto fail;
2350
2351         addr = __vmalloc_area_node(area, gfp_mask, prot, node);
2352         if (!addr)
2353                 return NULL;
2354
2355         /*
2356          * In this function, newly allocated vm_struct has VM_UNINITIALIZED
2357          * flag. It means that vm_struct is not fully initialized.
2358          * Now, it is fully initialized, so remove this flag here.
2359          */
2360         clear_vm_uninitialized_flag(area);
2361
2362         kmemleak_vmalloc(area, size, gfp_mask);
2363
2364         return addr;
2365
2366 fail:
2367         warn_alloc(gfp_mask, NULL,
2368                           "vmalloc: allocation failure: %lu bytes", real_size);
2369         return NULL;
2370 }
2371
2372 /*
2373  * This is only for performance analysis of vmalloc and stress purpose.
2374  * It is required by vmalloc test module, therefore do not use it other
2375  * than that.
2376  */
2377 #ifdef CONFIG_TEST_VMALLOC_MODULE
2378 EXPORT_SYMBOL_GPL(__vmalloc_node_range);
2379 #endif
2380
2381 /**
2382  * __vmalloc_node - allocate virtually contiguous memory
2383  * @size:           allocation size
2384  * @align:          desired alignment
2385  * @gfp_mask:       flags for the page level allocator
2386  * @prot:           protection mask for the allocated pages
2387  * @node:           node to use for allocation or NUMA_NO_NODE
2388  * @caller:         caller's return address
2389  *
2390  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2391  * allocator with @gfp_mask flags.  Map them into contiguous
2392  * kernel virtual space, using a pagetable protection of @prot.
2393  *
2394  * Reclaim modifiers in @gfp_mask - __GFP_NORETRY, __GFP_RETRY_MAYFAIL
2395  * and __GFP_NOFAIL are not supported
2396  *
2397  * Any use of gfp flags outside of GFP_KERNEL should be consulted
2398  * with mm people.
2399  *
2400  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2401  */
2402 static void *__vmalloc_node(unsigned long size, unsigned long align,
2403                             gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot,
2404                             int node, const void *caller)
2405 {
2406         return __vmalloc_node_range(size, align, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2407                                 gfp_mask, prot, 0, node, caller);
2408 }
2409
2410 void *__vmalloc(unsigned long size, gfp_t gfp_mask, pgprot_t prot)
2411 {
2412         return __vmalloc_node(size, 1, gfp_mask, prot, NUMA_NO_NODE,
2413                                 __builtin_return_address(0));
2414 }
2415 EXPORT_SYMBOL(__vmalloc);
2416
2417 static inline void *__vmalloc_node_flags(unsigned long size,
2418                                         int node, gfp_t flags)
2419 {
2420         return __vmalloc_node(size, 1, flags, PAGE_KERNEL,
2421                                         node, __builtin_return_address(0));
2422 }
2423
2424
2425 void *__vmalloc_node_flags_caller(unsigned long size, int node, gfp_t flags,
2426                                   void *caller)
2427 {
2428         return __vmalloc_node(size, 1, flags, PAGE_KERNEL, node, caller);
2429 }
2430
2431 /**
2432  * vmalloc - allocate virtually contiguous memory
2433  * @size:    allocation size
2434  *
2435  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2436  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
2437  *
2438  * For tight control over page level allocator and protection flags
2439  * use __vmalloc() instead.
2440  *
2441  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2442  */
2443 void *vmalloc(unsigned long size)
2444 {
2445         return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
2446                                     GFP_KERNEL);
2447 }
2448 EXPORT_SYMBOL(vmalloc);
2449
2450 /**
2451  * vzalloc - allocate virtually contiguous memory with zero fill
2452  * @size:    allocation size
2453  *
2454  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2455  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
2456  * The memory allocated is set to zero.
2457  *
2458  * For tight control over page level allocator and protection flags
2459  * use __vmalloc() instead.
2460  *
2461  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2462  */
2463 void *vzalloc(unsigned long size)
2464 {
2465         return __vmalloc_node_flags(size, NUMA_NO_NODE,
2466                                 GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
2467 }
2468 EXPORT_SYMBOL(vzalloc);
2469
2470 /**
2471  * vmalloc_user - allocate zeroed virtually contiguous memory for userspace
2472  * @size: allocation size
2473  *
2474  * The resulting memory area is zeroed so it can be mapped to userspace
2475  * without leaking data.
2476  *
2477  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2478  */
2479 void *vmalloc_user(unsigned long size)
2480 {
2481         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2482                                     GFP_KERNEL | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
2483                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
2484                                     __builtin_return_address(0));
2485 }
2486 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_user);
2487
2488 /**
2489  * vmalloc_node - allocate memory on a specific node
2490  * @size:         allocation size
2491  * @node:         numa node
2492  *
2493  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2494  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
2495  *
2496  * For tight control over page level allocator and protection flags
2497  * use __vmalloc() instead.
2498  *
2499  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2500  */
2501 void *vmalloc_node(unsigned long size, int node)
2502 {
2503         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_KERNEL, PAGE_KERNEL,
2504                                         node, __builtin_return_address(0));
2505 }
2506 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_node);
2507
2508 /**
2509  * vzalloc_node - allocate memory on a specific node with zero fill
2510  * @size:       allocation size
2511  * @node:       numa node
2512  *
2513  * Allocate enough pages to cover @size from the page level
2514  * allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
2515  * The memory allocated is set to zero.
2516  *
2517  * For tight control over page level allocator and protection flags
2518  * use __vmalloc_node() instead.
2519  *
2520  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2521  */
2522 void *vzalloc_node(unsigned long size, int node)
2523 {
2524         return __vmalloc_node_flags(size, node,
2525                          GFP_KERNEL | __GFP_ZERO);
2526 }
2527 EXPORT_SYMBOL(vzalloc_node);
2528
2529 /**
2530  * vmalloc_exec - allocate virtually contiguous, executable memory
2531  * @size:         allocation size
2532  *
2533  * Kernel-internal function to allocate enough pages to cover @size
2534  * the page level allocator and map them into contiguous and
2535  * executable kernel virtual space.
2536  *
2537  * For tight control over page level allocator and protection flags
2538  * use __vmalloc() instead.
2539  *
2540  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2541  */
2542 void *vmalloc_exec(unsigned long size)
2543 {
2544         return __vmalloc_node_range(size, 1, VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2545                         GFP_KERNEL, PAGE_KERNEL_EXEC, VM_FLUSH_RESET_PERMS,
2546                         NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
2547 }
2548
2549 #if defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA32)
2550 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA32 | GFP_KERNEL)
2551 #elif defined(CONFIG_64BIT) && defined(CONFIG_ZONE_DMA)
2552 #define GFP_VMALLOC32 (GFP_DMA | GFP_KERNEL)
2553 #else
2554 /*
2555  * 64b systems should always have either DMA or DMA32 zones. For others
2556  * GFP_DMA32 should do the right thing and use the normal zone.
2557  */
2558 #define GFP_VMALLOC32 GFP_DMA32 | GFP_KERNEL
2559 #endif
2560
2561 /**
2562  * vmalloc_32 - allocate virtually contiguous memory (32bit addressable)
2563  * @size:       allocation size
2564  *
2565  * Allocate enough 32bit PA addressable pages to cover @size from the
2566  * page level allocator and map them into contiguous kernel virtual space.
2567  *
2568  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2569  */
2570 void *vmalloc_32(unsigned long size)
2571 {
2572         return __vmalloc_node(size, 1, GFP_VMALLOC32, PAGE_KERNEL,
2573                               NUMA_NO_NODE, __builtin_return_address(0));
2574 }
2575 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32);
2576
2577 /**
2578  * vmalloc_32_user - allocate zeroed virtually contiguous 32bit memory
2579  * @size:            allocation size
2580  *
2581  * The resulting memory area is 32bit addressable and zeroed so it can be
2582  * mapped to userspace without leaking data.
2583  *
2584  * Return: pointer to the allocated memory or %NULL on error
2585  */
2586 void *vmalloc_32_user(unsigned long size)
2587 {
2588         return __vmalloc_node_range(size, SHMLBA,  VMALLOC_START, VMALLOC_END,
2589                                     GFP_VMALLOC32 | __GFP_ZERO, PAGE_KERNEL,
2590                                     VM_USERMAP, NUMA_NO_NODE,
2591                                     __builtin_return_address(0));
2592 }
2593 EXPORT_SYMBOL(vmalloc_32_user);
2594
2595 /*
2596  * small helper routine , copy contents to buf from addr.
2597  * If the page is not present, fill zero.
2598  */
2599
2600 static int aligned_vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2601 {
2602         struct page *p;
2603         int copied = 0;
2604
2605         while (count) {
2606                 unsigned long offset, length;
2607
2608                 offset = offset_in_page(addr);
2609                 length = PAGE_SIZE - offset;
2610                 if (length > count)
2611                         length = count;
2612                 p = vmalloc_to_page(addr);
2613                 /*
2614                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
2615                  * lock. But adding lock here means that we need to add
2616                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
2617                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
2618                  * kmap() and get small overhead in this access function.
2619                  */
2620                 if (p) {
2621                         /*
2622                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
2623                          * function description)
2624                          */
2625                         void *map = kmap_atomic(p);
2626                         memcpy(buf, map + offset, length);
2627                         kunmap_atomic(map);
2628                 } else
2629                         memset(buf, 0, length);
2630
2631                 addr += length;
2632                 buf += length;
2633                 copied += length;
2634                 count -= length;
2635         }
2636         return copied;
2637 }
2638
2639 static int aligned_vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2640 {
2641         struct page *p;
2642         int copied = 0;
2643
2644         while (count) {
2645                 unsigned long offset, length;
2646
2647                 offset = offset_in_page(addr);
2648                 length = PAGE_SIZE - offset;
2649                 if (length > count)
2650                         length = count;
2651                 p = vmalloc_to_page(addr);
2652                 /*
2653                  * To do safe access to this _mapped_ area, we need
2654                  * lock. But adding lock here means that we need to add
2655                  * overhead of vmalloc()/vfree() calles for this _debug_
2656                  * interface, rarely used. Instead of that, we'll use
2657                  * kmap() and get small overhead in this access function.
2658                  */
2659                 if (p) {
2660                         /*
2661                          * we can expect USER0 is not used (see vread/vwrite's
2662                          * function description)
2663                          */
2664                         void *map = kmap_atomic(p);
2665                         memcpy(map + offset, buf, length);
2666                         kunmap_atomic(map);
2667                 }
2668                 addr += length;
2669                 buf += length;
2670                 copied += length;
2671                 count -= length;
2672         }
2673         return copied;
2674 }
2675
2676 /**
2677  * vread() - read vmalloc area in a safe way.
2678  * @buf:     buffer for reading data
2679  * @addr:    vm address.
2680  * @count:   number of bytes to be read.
2681  *
2682  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2683  * copy data from that area to a given buffer. If the given memory range
2684  * of [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied to
2685  * proper area of @buf. If there are memory holes, they'll be zero-filled.
2686  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
2687  *
2688  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
2689  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
2690  *
2691  * Note: In usual ops, vread() is never necessary because the caller
2692  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
2693  * This is for routines which have to access vmalloc area without
2694  * any informaion, as /dev/kmem.
2695  *
2696  * Return: number of bytes for which addr and buf should be increased
2697  * (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count) doesn't
2698  * include any intersection with valid vmalloc area
2699  */
2700 long vread(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2701 {
2702         struct vmap_area *va;
2703         struct vm_struct *vm;
2704         char *vaddr, *buf_start = buf;
2705         unsigned long buflen = count;
2706         unsigned long n;
2707
2708         /* Don't allow overflow */
2709         if ((unsigned long) addr + count < count)
2710                 count = -(unsigned long) addr;
2711
2712         spin_lock(&vmap_area_lock);
2713         list_for_each_entry(va, &vmap_area_list, list) {
2714                 if (!count)
2715                         break;
2716
2717                 if (!(va->flags & VM_VM_AREA))
2718                         continue;
2719
2720                 vm = va->vm;
2721                 vaddr = (char *) vm->addr;
2722                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
2723                         continue;
2724                 while (addr < vaddr) {
2725                         if (count == 0)
2726                                 goto finished;
2727                         *buf = '\0';
2728                         buf++;
2729                         addr++;
2730                         count--;
2731                 }
2732                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
2733                 if (n > count)
2734                         n = count;
2735                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP))
2736                         aligned_vread(buf, addr, n);
2737                 else /* IOREMAP area is treated as memory hole */
2738                         memset(buf, 0, n);
2739                 buf += n;
2740                 addr += n;
2741                 count -= n;
2742         }
2743 finished:
2744         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2745
2746         if (buf == buf_start)
2747                 return 0;
2748         /* zero-fill memory holes */
2749         if (buf != buf_start + buflen)
2750                 memset(buf, 0, buflen - (buf - buf_start));
2751
2752         return buflen;
2753 }
2754
2755 /**
2756  * vwrite() - write vmalloc area in a safe way.
2757  * @buf:      buffer for source data
2758  * @addr:     vm address.
2759  * @count:    number of bytes to be read.
2760  *
2761  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2762  * copy data from a buffer to the given addr. If specified range of
2763  * [addr...addr+count) includes some valid address, data is copied from
2764  * proper area of @buf. If there are memory holes, no copy to hole.
2765  * IOREMAP area is treated as memory hole and no copy is done.
2766  *
2767  * If [addr...addr+count) doesn't includes any intersects with alive
2768  * vm_struct area, returns 0. @buf should be kernel's buffer.
2769  *
2770  * Note: In usual ops, vwrite() is never necessary because the caller
2771  * should know vmalloc() area is valid and can use memcpy().
2772  * This is for routines which have to access vmalloc area without
2773  * any informaion, as /dev/kmem.
2774  *
2775  * Return: number of bytes for which addr and buf should be
2776  * increased (same number as @count) or %0 if [addr...addr+count)
2777  * doesn't include any intersection with valid vmalloc area
2778  */
2779 long vwrite(char *buf, char *addr, unsigned long count)
2780 {
2781         struct vmap_area *va;
2782         struct vm_struct *vm;
2783         char *vaddr;
2784         unsigned long n, buflen;
2785         int copied = 0;
2786
2787         /* Don't allow overflow */
2788         if ((unsigned long) addr + count < count)
2789                 count = -(unsigned long) addr;
2790         buflen = count;
2791
2792         spin_lock(&vmap_area_lock);
2793         list_for_each_entry(va, &vmap_area_list, list) {
2794                 if (!count)
2795                         break;
2796
2797                 if (!(va->flags & VM_VM_AREA))
2798                         continue;
2799
2800                 vm = va->vm;
2801                 vaddr = (char *) vm->addr;
2802                 if (addr >= vaddr + get_vm_area_size(vm))
2803                         continue;
2804                 while (addr < vaddr) {
2805                         if (count == 0)
2806                                 goto finished;
2807                         buf++;
2808                         addr++;
2809                         count--;
2810                 }
2811                 n = vaddr + get_vm_area_size(vm) - addr;
2812                 if (n > count)
2813                         n = count;
2814                 if (!(vm->flags & VM_IOREMAP)) {
2815                         aligned_vwrite(buf, addr, n);
2816                         copied++;
2817                 }
2818                 buf += n;
2819                 addr += n;
2820                 count -= n;
2821         }
2822 finished:
2823         spin_unlock(&vmap_area_lock);
2824         if (!copied)
2825                 return 0;
2826         return buflen;
2827 }
2828
2829 /**
2830  * remap_vmalloc_range_partial - map vmalloc pages to userspace
2831  * @vma:                vma to cover
2832  * @uaddr:              target user address to start at
2833  * @kaddr:              virtual address of vmalloc kernel memory
2834  * @size:               size of map area
2835  *
2836  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
2837  *
2838  * This function checks that @kaddr is a valid vmalloc'ed area,
2839  * and that it is big enough to cover the range starting at
2840  * @uaddr in @vma. Will return failure if that criteria isn't
2841  * met.
2842  *
2843  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
2844  */
2845 int remap_vmalloc_range_partial(struct vm_area_struct *vma, unsigned long uaddr,
2846                                 void *kaddr, unsigned long size)
2847 {
2848         struct vm_struct *area;
2849
2850         size = PAGE_ALIGN(size);
2851
2852         if (!PAGE_ALIGNED(uaddr) || !PAGE_ALIGNED(kaddr))
2853                 return -EINVAL;
2854
2855         area = find_vm_area(kaddr);
2856         if (!area)
2857                 return -EINVAL;
2858
2859         if (!(area->flags & VM_USERMAP))
2860                 return -EINVAL;
2861
2862         if (kaddr + size > area->addr + get_vm_area_size(area))
2863                 return -EINVAL;
2864
2865         do {
2866                 struct page *page = vmalloc_to_page(kaddr);
2867                 int ret;
2868
2869                 ret = vm_insert_page(vma, uaddr, page);
2870                 if (ret)
2871                         return ret;
2872
2873                 uaddr += PAGE_SIZE;
2874                 kaddr += PAGE_SIZE;
2875                 size -= PAGE_SIZE;
2876         } while (size > 0);
2877
2878         vma->vm_flags |= VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP;
2879
2880         return 0;
2881 }
2882 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range_partial);
2883
2884 /**
2885  * remap_vmalloc_range - map vmalloc pages to userspace
2886  * @vma:                vma to cover (map full range of vma)
2887  * @addr:               vmalloc memory
2888  * @pgoff:              number of pages into addr before first page to map
2889  *
2890  * Returns:     0 for success, -Exxx on failure
2891  *
2892  * This function checks that addr is a valid vmalloc'ed area, and
2893  * that it is big enough to cover the vma. Will return failure if
2894  * that criteria isn't met.
2895  *
2896  * Similar to remap_pfn_range() (see mm/memory.c)
2897  */
2898 int remap_vmalloc_range(struct vm_area_struct *vma, void *addr,
2899                                                 unsigned long pgoff)
2900 {
2901         return remap_vmalloc_range_partial(vma, vma->vm_start,
2902                                            addr + (pgoff << PAGE_SHIFT),
2903                                            vma->vm_end - vma->vm_start);
2904 }
2905 EXPORT_SYMBOL(remap_vmalloc_range);
2906
2907 /*
2908  * Implement a stub for vmalloc_sync_all() if the architecture chose not to
2909  * have one.
2910  */
2911 void __weak vmalloc_sync_all(void)
2912 {
2913 }
2914
2915
2916 static int f(pte_t *pte, pgtable_t table, unsigned long addr, void *data)
2917 {
2918         pte_t ***p = data;
2919
2920         if (p) {
2921                 *(*p) = pte;
2922                 (*p)++;
2923         }
2924         return 0;
2925 }
2926
2927 /**
2928  * alloc_vm_area - allocate a range of kernel address space
2929  * @size:          size of the area
2930  * @ptes:          returns the PTEs for the address space
2931  *
2932  * Returns:     NULL on failure, vm_struct on success
2933  *
2934  * This function reserves a range of kernel address space, and
2935  * allocates pagetables to map that range.  No actual mappings
2936  * are created.
2937  *
2938  * If @ptes is non-NULL, pointers to the PTEs (in init_mm)
2939  * allocated for the VM area are returned.
2940  */
2941 struct vm_struct *alloc_vm_area(size_t size, pte_t **ptes)
2942 {
2943         struct vm_struct *area;
2944
2945         area = get_vm_area_caller(size, VM_IOREMAP,
2946                                 __builtin_return_address(0));
2947         if (area == NULL)
2948                 return NULL;
2949
2950         /*
2951          * This ensures that page tables are constructed for this region
2952          * of kernel virtual address space and mapped into init_mm.
2953          */
2954         if (apply_to_page_range(&init_mm, (unsigned long)area->addr,
2955                                 size, f, ptes ? &ptes : NULL)) {
2956                 free_vm_area(area);
2957                 return NULL;
2958         }
2959
2960         return area;
2961 }
2962 EXPORT_SYMBOL_GPL(alloc_vm_area);
2963
2964 void free_vm_area(struct vm_struct *area)
2965 {
2966         struct vm_struct *ret;
2967         ret = remove_vm_area(area->addr);
2968         BUG_ON(ret != area);
2969         kfree(area);
2970 }
2971 EXPORT_SYMBOL_GPL(free_vm_area);
2972
2973 #ifdef CONFIG_SMP
2974 static struct vmap_area *node_to_va(struct rb_node *n)
2975 {
2976         return rb_entry_safe(n, struct vmap_area, rb_node);
2977 }
2978
2979 /**
2980  * pvm_find_va_enclose_addr - find the vmap_area @addr belongs to
2981  * @addr: target address
2982  *
2983  * Returns: vmap_area if it is found. If there is no such area
2984  *   the first highest(reverse order) vmap_area is returned
2985  *   i.e. va->va_start < addr && va->va_end < addr or NULL
2986  *   if there are no any areas before @addr.
2987  */
2988 static struct vmap_area *
2989 pvm_find_va_enclose_addr(unsigned long addr)
2990 {
2991         struct vmap_area *va, *tmp;
2992         struct rb_node *n;
2993
2994         n = free_vmap_area_root.rb_node;
2995         va = NULL;
2996
2997         while (n) {
2998                 tmp = rb_entry(n, struct vmap_area, rb_node);
2999                 if (tmp->va_start <= addr) {
3000                         va = tmp;
3001                         if (tmp->va_end >= addr)
3002                                 break;
3003
3004                         n = n->rb_right;
3005                 } else {
3006                         n = n->rb_left;
3007                 }
3008         }
3009
3010         return va;
3011 }
3012
3013 /**
3014  * pvm_determine_end_from_reverse - find the highest aligned address
3015  * of free block below VMALLOC_END
3016  * @va:
3017  *   in - the VA we start the search(reverse order);
3018  *   out - the VA with the highest aligned end address.
3019  *
3020  * Returns: determined end address within vmap_area
3021  */
3022 static unsigned long
3023 pvm_determine_end_from_reverse(struct vmap_area **va, unsigned long align)
3024 {
3025         unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3026         unsigned long addr;
3027
3028         if (likely(*va)) {
3029                 list_for_each_entry_from_reverse((*va),
3030                                 &free_vmap_area_list, list) {
3031                         addr = min((*va)->va_end & ~(align - 1), vmalloc_end);
3032                         if ((*va)->va_start < addr)
3033                                 return addr;
3034                 }
3035         }
3036
3037         return 0;
3038 }
3039
3040 /**
3041  * pcpu_get_vm_areas - allocate vmalloc areas for percpu allocator
3042  * @offsets: array containing offset of each area
3043  * @sizes: array containing size of each area
3044  * @nr_vms: the number of areas to allocate
3045  * @align: alignment, all entries in @offsets and @sizes must be aligned to this
3046  *
3047  * Returns: kmalloc'd vm_struct pointer array pointing to allocated
3048  *          vm_structs on success, %NULL on failure
3049  *
3050  * Percpu allocator wants to use congruent vm areas so that it can
3051  * maintain the offsets among percpu areas.  This function allocates
3052  * congruent vmalloc areas for it with GFP_KERNEL.  These areas tend to
3053  * be scattered pretty far, distance between two areas easily going up
3054  * to gigabytes.  To avoid interacting with regular vmallocs, these
3055  * areas are allocated from top.
3056  *
3057  * Despite its complicated look, this allocator is rather simple. It
3058  * does everything top-down and scans free blocks from the end looking
3059  * for matching base. While scanning, if any of the areas do not fit the
3060  * base address is pulled down to fit the area. Scanning is repeated till
3061  * all the areas fit and then all necessary data structures are inserted
3062  * and the result is returned.
3063  */
3064 struct vm_struct **pcpu_get_vm_areas(const unsigned long *offsets,
3065                                      const size_t *sizes, int nr_vms,
3066                                      size_t align)
3067 {
3068         const unsigned long vmalloc_start = ALIGN(VMALLOC_START, align);
3069         const unsigned long vmalloc_end = VMALLOC_END & ~(align - 1);
3070         struct vmap_area **vas, *va;
3071         struct vm_struct **vms;
3072         int area, area2, last_area, term_area;
3073         unsigned long base, start, size, end, last_end;
3074         bool purged = false;
3075         enum fit_type type;
3076
3077         /* verify parameters and allocate data structures */
3078         BUG_ON(offset_in_page(align) || !is_power_of_2(align));
3079         for (last_area = 0, area = 0; area < nr_vms; area++) {
3080                 start = offsets[area];
3081                 end = start + sizes[area];
3082
3083                 /* is everything aligned properly? */
3084                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(offsets[area], align));
3085                 BUG_ON(!IS_ALIGNED(sizes[area], align));
3086
3087                 /* detect the area with the highest address */
3088                 if (start > offsets[last_area])
3089                         last_area = area;
3090
3091                 for (area2 = area + 1; area2 < nr_vms; area2++) {
3092                         unsigned long start2 = offsets[area2];
3093                         unsigned long end2 = start2 + sizes[area2];
3094
3095                         BUG_ON(start2 < end && start < end2);
3096                 }
3097         }
3098         last_end = offsets[last_area] + sizes[last_area];
3099
3100         if (vmalloc_end - vmalloc_start < last_end) {
3101                 WARN_ON(true);
3102                 return NULL;
3103         }
3104
3105         vms = kcalloc(nr_vms, sizeof(vms[0]), GFP_KERNEL);
3106         vas = kcalloc(nr_vms, sizeof(vas[0]), GFP_KERNEL);
3107         if (!vas || !vms)
3108                 goto err_free2;
3109
3110         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3111                 vas[area] = kmem_cache_zalloc(vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3112                 vms[area] = kzalloc(sizeof(struct vm_struct), GFP_KERNEL);
3113                 if (!vas[area] || !vms[area])
3114                         goto err_free;
3115         }
3116 retry:
3117         spin_lock(&vmap_area_lock);
3118
3119         /* start scanning - we scan from the top, begin with the last area */
3120         area = term_area = last_area;
3121         start = offsets[area];
3122         end = start + sizes[area];
3123
3124         va = pvm_find_va_enclose_addr(vmalloc_end);
3125         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3126
3127         while (true) {
3128                 /*
3129                  * base might have underflowed, add last_end before
3130                  * comparing.
3131                  */
3132                 if (base + last_end < vmalloc_start + last_end)
3133                         goto overflow;
3134
3135                 /*
3136                  * Fitting base has not been found.
3137                  */
3138                 if (va == NULL)
3139                         goto overflow;
3140
3141                 /*
3142                  * If this VA does not fit, move base downwards and recheck.
3143                  */
3144                 if (base + start < va->va_start || base + end > va->va_end) {
3145                         va = node_to_va(rb_prev(&va->rb_node));
3146                         base = pvm_determine_end_from_reverse(&va, align) - end;
3147                         term_area = area;
3148                         continue;
3149                 }
3150
3151                 /*
3152                  * This area fits, move on to the previous one.  If
3153                  * the previous one is the terminal one, we're done.
3154                  */
3155                 area = (area + nr_vms - 1) % nr_vms;
3156                 if (area == term_area)
3157                         break;
3158
3159                 start = offsets[area];
3160                 end = start + sizes[area];
3161                 va = pvm_find_va_enclose_addr(base + end);
3162         }
3163
3164         /* we've found a fitting base, insert all va's */
3165         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3166                 int ret;
3167
3168                 start = base + offsets[area];
3169                 size = sizes[area];
3170
3171                 va = pvm_find_va_enclose_addr(start);
3172                 if (WARN_ON_ONCE(va == NULL))
3173                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3174                         goto recovery;
3175
3176                 type = classify_va_fit_type(va, start, size);
3177                 if (WARN_ON_ONCE(type == NOTHING_FIT))
3178                         /* It is a BUG(), but trigger recovery instead. */
3179                         goto recovery;
3180
3181                 ret = adjust_va_to_fit_type(va, start, size, type);
3182                 if (unlikely(ret))
3183                         goto recovery;
3184
3185                 /* Allocated area. */
3186                 va = vas[area];
3187                 va->va_start = start;
3188                 va->va_end = start + size;
3189
3190                 insert_vmap_area(va, &vmap_area_root, &vmap_area_list);
3191         }
3192
3193         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3194
3195         /* insert all vm's */
3196         for (area = 0; area < nr_vms; area++)
3197                 setup_vmalloc_vm(vms[area], vas[area], VM_ALLOC,
3198                                  pcpu_get_vm_areas);
3199
3200         kfree(vas);
3201         return vms;
3202
3203 recovery:
3204         /* Remove previously inserted areas. */
3205         while (area--) {
3206                 __free_vmap_area(vas[area]);
3207                 vas[area] = NULL;
3208         }
3209
3210 overflow:
3211         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3212         if (!purged) {
3213                 purge_vmap_area_lazy();
3214                 purged = true;
3215
3216                 /* Before "retry", check if we recover. */
3217                 for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3218                         if (vas[area])
3219                                 continue;
3220
3221                         vas[area] = kmem_cache_zalloc(
3222                                 vmap_area_cachep, GFP_KERNEL);
3223                         if (!vas[area])
3224                                 goto err_free;
3225                 }
3226
3227                 goto retry;
3228         }
3229
3230 err_free:
3231         for (area = 0; area < nr_vms; area++) {
3232                 if (vas[area])
3233                         kmem_cache_free(vmap_area_cachep, vas[area]);
3234
3235                 kfree(vms[area]);
3236         }
3237 err_free2:
3238         kfree(vas);
3239         kfree(vms);
3240         return NULL;
3241 }
3242
3243 /**
3244  * pcpu_free_vm_areas - free vmalloc areas for percpu allocator
3245  * @vms: vm_struct pointer array returned by pcpu_get_vm_areas()
3246  * @nr_vms: the number of allocated areas
3247  *
3248  * Free vm_structs and the array allocated by pcpu_get_vm_areas().
3249  */
3250 void pcpu_free_vm_areas(struct vm_struct **vms, int nr_vms)
3251 {
3252         int i;
3253
3254         for (i = 0; i < nr_vms; i++)
3255                 free_vm_area(vms[i]);
3256         kfree(vms);
3257 }
3258 #endif  /* CONFIG_SMP */
3259
3260 #ifdef CONFIG_PROC_FS
3261 static void *s_start(struct seq_file *m, loff_t *pos)
3262         __acquires(&vmap_area_lock)
3263 {
3264         spin_lock(&vmap_area_lock);
3265         return seq_list_start(&vmap_area_list, *pos);
3266 }
3267
3268 static void *s_next(struct seq_file *m, void *p, loff_t *pos)
3269 {
3270         return seq_list_next(p, &vmap_area_list, pos);
3271 }
3272
3273 static void s_stop(struct seq_file *m, void *p)
3274         __releases(&vmap_area_lock)
3275 {
3276         spin_unlock(&vmap_area_lock);
3277 }
3278
3279 static void show_numa_info(struct seq_file *m, struct vm_struct *v)
3280 {
3281         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA)) {
3282                 unsigned int nr, *counters = m->private;
3283
3284                 if (!counters)
3285                         return;
3286
3287                 if (v->flags & VM_UNINITIALIZED)
3288                         return;
3289                 /* Pair with smp_wmb() in clear_vm_uninitialized_flag() */
3290                 smp_rmb();
3291
3292                 memset(counters, 0, nr_node_ids * sizeof(unsigned int));
3293
3294                 for (nr = 0; nr < v->nr_pages; nr++)
3295                         counters[page_to_nid(v->pages[nr])]++;
3296
3297                 for_each_node_state(nr, N_HIGH_MEMORY)
3298                         if (counters[nr])
3299                                 seq_printf(m, " N%u=%u", nr, counters[nr]);
3300         }
3301 }
3302
3303 static int s_show(struct seq_file *m, void *p)
3304 {
3305         struct vmap_area *va;
3306         struct vm_struct *v;
3307
3308         va = list_entry(p, struct vmap_area, list);
3309
3310         /*
3311          * s_show can encounter race with remove_vm_area, !VM_VM_AREA on
3312          * behalf of vmap area is being tear down or vm_map_ram allocation.
3313          */
3314         if (!(va->flags & VM_VM_AREA)) {
3315                 seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld %s\n",
3316                         (void *)va->va_start, (void *)va->va_end,
3317                         va->va_end - va->va_start,
3318                         va->flags & VM_LAZY_FREE ? "unpurged vm_area" : "vm_map_ram");
3319
3320                 return 0;
3321         }
3322
3323         v = va->vm;
3324
3325         seq_printf(m, "0x%pK-0x%pK %7ld",
3326                 v->addr, v->addr + v->size, v->size);
3327
3328         if (v->caller)
3329                 seq_printf(m, " %pS", v->caller);
3330
3331         if (v->nr_pages)
3332                 seq_printf(m, " pages=%d", v->nr_pages);
3333
3334         if (v->phys_addr)
3335                 seq_printf(m, " phys=%pa", &v->phys_addr);
3336
3337         if (v->flags & VM_IOREMAP)
3338                 seq_puts(m, " ioremap");
3339
3340         if (v->flags & VM_ALLOC)
3341                 seq_puts(m, " vmalloc");
3342
3343         if (v->flags & VM_MAP)
3344                 seq_puts(m, " vmap");
3345
3346         if (v->flags & VM_USERMAP)
3347                 seq_puts(m, " user");
3348
3349         if (is_vmalloc_addr(v->pages))
3350                 seq_puts(m, " vpages");
3351
3352         show_numa_info(m, v);
3353         seq_putc(m, '\n');
3354         return 0;
3355 }
3356
3357 static const struct seq_operations vmalloc_op = {
3358         .start = s_start,
3359         .next = s_next,
3360         .stop = s_stop,
3361         .show = s_show,
3362 };
3363
3364 static int __init proc_vmalloc_init(void)
3365 {
3366         if (IS_ENABLED(CONFIG_NUMA))
3367                 proc_create_seq_private("vmallocinfo", 0400, NULL,
3368                                 &vmalloc_op,
3369                                 nr_node_ids * sizeof(unsigned int), NULL);
3370         else
3371                 proc_create_seq("vmallocinfo", 0400, NULL, &vmalloc_op);
3372         return 0;
3373 }
3374 module_init(proc_vmalloc_init);
3375
3376 #endif